CN103016633A

CN103016633A - 一种双驱式隧道掘进机减速器

Info

Publication number: CN103016633A
Application number: CN2012105291004A
Authority: CN
Inventors: 孙伟; 魏静; 涂文平; 王庆国; 丁鑫
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种双驱式隧道掘进机减速器。本发明采用了双输入差动结构以及N-W型传动输出机构，输入动力经差动机构汇流通过连接轴输出至第二级小齿轮，小齿轮与圆周分布的三个大齿轮外啮合实现功率传动、分流，大齿轮通过公共轴带动第三级齿轮转动，齿轮与公共内齿圈内啮合实现汇流输出，正常工作时大电机驱动、小电机制动，大电机额定功率输出，当出现土石阻力矩过大甚至塌陷时，大电机、小电机同时驱动，实现隧道掘进机脱困，并且第二、三级采用N-W型传动形式。本发明简化结构、减少啮合点数，提高了均载性能，本发明还具有减速比大、体积小、重量轻、结构简单等优点，能够实现低速大扭矩输出。

Description

一种双驱式隧道掘进机减速器

技术领域

本发明涉及一种隧道掘进机减速器，特别涉及一种隧道掘进机减速器。

背景技术

隧道掘进机是盾构施工中的主要施工机械，由于盾构施工具有安全、可靠、环境影响小、劳动强度低、土方量少、效率高等优点，在城市轨道、水利、市政工程、矿山、公路、铁路隧道等领域应用非常广泛。由于隧道掘进机经常在复杂、恶劣的工作环境下施工，所以对隧道掘进机的驱动和传动***要求较高，要求其能够经受住重载荷和大冲击，并且具备大功率、低速大扭矩输出等功能；而这些要求对于传动机构的材质、制造和加工相应的要求也较高。

驱动***作为隧道掘进机的重要组成部分，对于盾构的性能有重要影响。现有技术中，隧道掘进机为了适应不同的工作环境，需要实现多种输出状态以及具有低速、大扭矩等特点。普遍的方法是，为了应对工作过程中刀盘遇到土石阻力矩突然增大甚至塌陷等情况，驱动电机正常工作时只有额定功率的30%~40%,脱困情况下驱动功率才达到额定功率，采用多个变速***和多个动力输入共同驱动刀盘支撑，而为了实现***大的传动比，常常采用多级行星减速器。如此一来，电机正常工作时无法达到理想工作状态，造成功率浪费且输出效率低，整个变速***体积大、重量大、结构复杂、安装和维护困难，材料成本和加工成本巨大等问题。

中国专利文件CN 101413566A提出一种三级行星减速器，该减速器由输入行星轮齿轮副、中间行星齿轮副和输出行星齿轮副组成，输入行星轮齿轮副由太阳轮输入，行星架输出，带动中间行星齿轮副的太阳轮，同样是中间级的行星架输出带动输出级的太阳轮，最后由输出级的行星架输出动力。这种减速器实际工作时电机处于低负荷运转，行星齿轮副结构复杂，行星轮受力不均匀，均载性能差。

发明内容

本发明要解决的是针对现有隧道掘进机减速器的不足，采用了双输入差动结构以及N-W型传动输出机构，输入动力经差动机构汇流通过连接轴输出至第二级小齿轮，小齿轮与圆周分布的三个大齿轮外啮合实现功率传动、分流，大齿轮通过公共轴带动第三级齿轮转动，齿轮与公共内齿圈内啮合实现汇流输出，正常工作时大电机驱动、小电机制动，大电机额定功率输出，当出现土石阻力矩过大甚至塌陷时，大电机、小电机同时驱动，实现隧道掘进机脱困，并且第二、三级采用N-W型传动形式，简化结构、减少啮合点数，提高了均载性能，本发明还具有减速比大、体积小、重量轻、结构简单等优点，能够实现低速大扭矩输出。

一种双驱式隧道掘进机减速器，包括动力输入机构，动力传递机构和动力输出机构，动力输入机构为差动式行星轮系，包括输入外齿轮、输入太阳轮、输入行星轮、行星架、和输入齿圈；

所述输入齿圈设有内齿和外齿，输入太阳轮与输入行星轮外啮合，输入行星轮和输入内内齿圈的内齿啮合，输入外齿轮与输入齿圈的外齿啮合，行星轮支撑轴与行星架轴孔过盈配合连接。

所述差动式行星轮系的行星架通过动力传递机构和动力输出结构将动力输出至动力输出轴；

所述动力传递机构和动力输出机构包括动力传递的第二级和动力输出的第三级；

所述动力传递的第二级包括小齿轮轴和大齿轮，小齿轮轴与在圆周平均分布的3个大齿轮啮合，行星架输出端与小齿轮轴通过花键连接在圆周方向传动配合，小齿轮轴通过球轴承固定支撑在箱体孔内，大齿轮与输出齿轮轴过盈配合连接在圆周方向传动；

所述动力输出的第三级包括输出齿轮轴和内齿圈，输出齿轮轴与内齿圈内啮合传动，输出齿轮轴通过左端球轴承和右端球轴承固定支撑于箱体腔孔内，所述内齿圈与动力输出轴在圆周方向固定连接。

所述内齿圈与动力输出轴在圆周方向固定连接，所述动力输出轴(23)通过左右两端圆锥滚子轴承支撑在箱体孔内，动力输出轴输出侧穿过箱体处密封处理。

有益效果：一、驱动***的动力输入采用了双电机驱动、差动输入的形式，通过改变两电机的驱动形式，可以得到两种输出工况，能够保证隧道掘进机正常工作及实现脱困的同时保证电机在理想情况下工作；二、减速器第二级、第三级，采用了N-W型传动形式，在实现大的传动比的同时减少了啮合点数，提高了均载性能；三、相较于传统减速器的驱动形式，本发明在满足同等输出要求的工况条件下，体积小、重量轻、结构简单，材料成本和加工制造成本降低，同时安装和维护的也更加便利。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的传动机构简图。

图3为隧道掘进机驱动***传动示意图。

图4为隧道掘进机驱动***多个减速器的分布示意图。

其中：M1—动力输入组件Ⅰ， M2—动力输入组件Ⅱ， 1—联轴器Ⅰ，2—制动器，3—滚动轴承，4—联轴器Ⅱ，5—左端球轴承，6—行星架，7—输入太阳轮，8—螺母，9—双列圆柱滚子轴承，10—输入行星轮，11—输入外齿轮，12—输入齿圈，13—右端球轴承，14—球轴承Ⅰ，15—球轴承Ⅱ，16—大齿轮，17—小齿轮轴，18—球轴承Ⅲ，19—内齿圈，20—固定螺栓，21—输出齿轮轴， 22—圆锥滚子轴承Ⅰ，23—动力输出轴，24—圆锥滚子轴承Ⅱ，25—箱体，26—减速器，27—刀盘支撑，28—刀盘。

具体实施方式

下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施方式。

隧道掘进机主驱动***一般由四个、六个或者八个减速器多路输入、共同驱动刀盘，本发明的双驱式隧道掘进机减速器包括动力装置和变速传动***，如图1所示，所述动力装置为双输入动力装置，包括动力输出端均设置制动装置的动力输入组件ⅠM1和动力输入组件ⅡM2；所述变速传动***包括箱体25和动力输入机构，动力输入机构为差动式行星轮系，包括输入外齿轮11、联轴器Ⅱ4、螺母8、左端球轴承5、右端球轴承13、输入太阳轮7、联轴器1、球轴承3、输入行星轮10、行星架6、双列圆柱滚子轴承9和输入齿圈12，所述输入齿圈设有内齿和外齿，输入太阳轮7与输入行星轮10外啮合，输入行星轮10和输入齿圈12的内齿啮合，输入外齿轮11与输入齿圈12的外齿啮合，所述动力输入组件ⅠM1的动力输出端与输入太阳轮7在圆周方向通过与联轴器1花键连接实现传动配合，联轴器1通过滚动轴承3固定支撑在箱体(25a)上，输入行星轮10依靠两对双列圆柱滚子轴承9支撑在行星轮支撑轴，双列圆柱滚子轴承9通过与行星轮支撑轴螺纹连接的螺母8轴向固定，行星轮支撑轴与行星架6轴孔过盈配合连接，动力输入组件ⅡM2的动力输出端与输入外齿轮11在圆周方向通过与联轴器4花键连接实现传动配合，联轴器4通过左端球轴承5固定支撑在箱体(25a)上，输入外齿轮11通过平键与输入轴传动连接，输入轴通过右端轴承13支撑在箱体腔内，差动式行星轮系的行星架6通过动力传递及输出机构将动力输出至动力输出轴23，如图3所示，多个减速器26的动力输出轴23通过后续输出机构将动力传递给刀盘支撑27，刀盘支撑27带动着刀盘28旋转，切削土岩。

进一步，所述变速传动***还包括动力传递及输出机构，所述差动式行星轮系的行星架通过动力传递及输出结构将动力输出至动力输出轴；所述动力传递及输出机构包括动力传递的第二级和动力输出的第三级，所述动力传递的第二级包括小齿轮轴17和大齿轮16，小齿轮轴17与在圆周平均分布的3个大齿轮16啮合，行星架6输出端与小齿轮轴17通过花键连接在圆周方向传动配合，小齿轮轴通过球轴承14固定支撑在箱体孔内，大齿轮16与输出齿轮轴21过盈配合连接在圆周方向传动；所述动力输出的第三级包括输出齿轮轴21和内齿圈19，输出齿轮轴21与内齿圈19内啮合传动，输出齿轮轴21通过左端球轴承5和右端球轴承13固定支撑于箱体腔孔内，所述内齿圈19与动力输出轴23在圆周方向固定连接，从而实现动力输出，其中输出齿轮轴21通过球轴承Ⅱ15和球轴承Ⅲ18连接到箱体25上，内齿圈19和动力输出轴23通过固定螺栓20连接固定。多个减速器26的动力输出轴通过后续输出机构将动力传递给刀盘支撑27，刀盘支撑27带动着刀盘28旋转，切削土岩。

实施方式一。

制动器2均处于闭合状态，动力输入组件ⅠM1将动力传递给输入太阳轮8，太阳轮带动与其啮合的输入行星轮10，输入行星轮10发生自传及公转，并将动力传递给行星架6，行星架6作为第二级的输入，带动小齿轮轴17转动，小齿轮轴17与在圆周平均分布三个大齿轮16啮合传动，实现分流，大齿轮16过盈配合连接套在输出齿轮轴21在圆周方向传动配合，输出齿轮轴21与内齿圈19啮合传动，实现汇流作用，内齿圈19与动力输出轴23在圆周方向固定连接，从而实现动力输出，多个减速器26的动力输出轴通过后续输出机构将动力传递给刀盘支撑27，刀盘支撑27带动着刀盘28旋转，切削土岩，适用于隧道掘进机正常工作时的工况。

实施方式二。

联轴器Ⅰ1和制动器2均处于脱离状态，动力输入组件ⅠM1和动力输入组件ⅡM2转动方向相同，动力输入组件ⅠM1将动力传递给输入太阳轮7，动力输入组件ⅡM2将动力传递给输入外齿轮11并传递给输入齿圈12，输入太阳轮7和输入齿圈12的转向相反，通过差动式行星轮系的合流作用，行星架6作为第二级的输入，带动小齿轮轴17转动，小齿轮轴17与在圆周平均分布三个大齿轮16啮合传动，实现分流，大齿轮16过盈配合连接套在输出齿轮轴21在圆周方向传动配合，输出齿轮轴21与内齿圈19啮合传动，实现汇流作用，内齿圈19与动力输出轴23在圆周方向固定连接，从而实现动力输出其中。多个减速器26的动力输出轴通过后续输出机构将动力传递给刀盘支撑27，刀盘支撑27带动着刀盘28旋转，切削土岩，由于输入太阳轮7和输入齿圈12的转向相反，此时输出功率较大，适用于隧道掘进机在外部土岩阻力矩突然增大或者发生塌陷时的工况。

本发明一种具备双输入差动结构以及N-W型传动输出机构的隧道掘进机减速器，正常工作时大电机驱动、小电机制动，大电机额定功率输出，当出现土石阻力矩过大甚至塌陷时，大电机、小电机同时驱动，实现隧道掘进机脱困，并且第二、三级采用N-W型传动形式，简化结构、减少啮合点数，提高了均载性能，本发明还具有减速比大、体积小、重量轻、结构简单等优点，能够实现低速大扭矩输出。

Claims

1.一种双驱式隧道掘进机减速器，包括动力输入机构，动力传递机构和动力输出机构，其特征在于：动力输入机构为差动式行星轮系输入外齿轮、输入太阳轮、输入行星轮、行星架、和输入齿圈；

2.根据权利要求1所述的双驱式隧道掘进机减速器，其特征在于：差动式行星轮系的行星架通过动力传递机构和动力输出结构将动力输出至动力输出轴；

3.根据权利要求2所述的双驱式隧道掘进机减速器，其特征在于：所述内齿圈与动力输出轴在圆周方向固定连接，所述动力输出轴通过左右两端圆锥滚子轴承支撑在箱体孔内，动力输出轴输出侧穿过箱体处密封处理。