CN111365000B - 一种应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，包括：用于带动刀盘运动的运动装置、用于向运动装置传递扭矩的第一驱动装置以及用于向运动装置施加沿竖直方向推动力的第二驱动装置，运动装置嵌设于盾体和刀盘内，第一驱动装置和第二驱动装置均与运动装置连接，以使运动装置带动刀盘边旋转边推出，运动装置和盾体之间为柔性连接。本发明所提供的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构简单，适用于超大直径竖井掘进机，能够有效降低掘进风险和承受较大扭矩。

Description

一种应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构

技术领域

本发明涉及掘进机技术领域，更具体地说，涉及一种应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构。

背景技术

现有技术中，在竖井施工中经常会遇到地层结构复杂的、环境恶劣的情况。竖井作业遇到的地层一般包括不同含水量、质地软硬的岩石地层和土层，还经常会遇到涌水、涌砂、塌方等现象。

对于超大直径掘进机的主驱动***，若采用传统设计模式，需采用大量驱动电机，需要巨大的驱动功率，一般的电力条件难以满足该要求，而且，装置布置空间也不足，成本大幅增加。同时，与之配套的主轴承直径需要大于10米，而在当前掘进机主轴承制造能力下轴承直径一般小于10m，也即现有技术的制造条件不足，主轴承的制造难度非常大。另外，主轴承尺寸过大，会对现场组装条件要求非常高。

而且，传统的主驱动结构除了在设计、制造方面均面临着难以解决的问题以外，其还因开挖端面直径过大，容易在施工过程中使得盾体承受较大的扭矩，在极端工况下，瞬间巨大的扭矩会对掘进机整体造成极大的破坏，使得掘进机整体的安全性面临极大挑战。

综上所述，如何提供一种可应用于超大直径竖井掘进机的、可降低掘进风险和承受较大扭矩的驱动装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，其结构简单，适用于超大直径竖井掘进机，能够有效降低掘进风险和承受较大扭矩。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，包括：用于带动刀盘运动的运动装置、用于向所述运动装置传递扭矩的第一驱动装置以及用于向所述运动装置施加沿竖直方向推动力的第二驱动装置，所述运动装置嵌设于盾体和所述刀盘内，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均与所述运动装置连接，以使所述运动装置带动所述刀盘边旋转边推出，所述运动装置和所述盾体之间为柔性连接。

优选的，所述第一驱动装置包括电机和减速机，所述运动装置包括用于与所述减速机连接以同步转动的连接轴和套设于所述连接轴外周部的用于将所述扭矩传递至所述刀盘的传递装置，所述电机输出轴与所述减速机输入轴连接，所述减速机输出轴与所述连接轴连接。

优选的，所述传递装置包括套设于所述连接轴外周部的小齿轮、用于与所述小齿轮啮合连接的大齿圈、与所述大齿圈固定连接的连接法兰以及主轴承，所述主轴承的内周部与所述连接法兰固定连接，所述连接法兰与所述刀盘连接。

优选的，所述传递装置包括用于固定和保护所述主轴承的驱动箱，所述主轴承设于所述驱动箱内。

优选的，所述第二驱动装置为推进油缸，所述推进油缸与所述驱动箱固定连接，所述推进油缸用于通过依次推动所述驱动箱、所述主轴承和所述连接法兰，以对所述刀盘施加竖直方向推动力。

优选的，所述连接轴为花键轴。

优选的，所述电机上设有用于为所述电机提供过载保护的扭矩限制器。

优选的，所述运动装置和所述盾体之间设有用于防止装置扭矩过大的防扭油缸和用于固定所述防扭油缸的防扭块，所述防扭块固设于所述运动装置上，所述防扭油缸的活动端与所述盾体连接。

优选的，包括用于密封所述应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构内部油液的内密封装置和用于防止掘进过程中渣土和灰尘进入所述应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构内的外密封装置。

在使用本发明所提供的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构时，运动装置嵌设于盾体和刀盘内以带动刀盘旋转伸出，第一驱动装置可以向运动装置传递扭矩，以使运动装置可以进行旋转运动，与此同时，第二驱动装置可以向运动装置施加竖直方向的推动力，最终使得运动装置可以在旋转过程中向外推出刀盘，使得刀盘可以顺利旋转伸出，以进行掘进操作。

并且，由于运动装置和盾体之间为柔性连接，这样可以在刀盘发生卡死等极端工况时，为装置提供柔性保护。因为当刀盘发生卡死现象时，运动装置和盾体、刀盘之间会出现极大的扭矩，此时，由于刀盘不动，扭矩全部施加在运动装置上，若运动装置和盾体之间为刚性联接，则刚性连接件会受极大剪切力，其容易发生剪切破坏现象，继而会影响应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构和掘进机的正常运行。

此外，为了解决刀盘因开挖端面直径过大，在施工过程中，面临的盾体承受较大扭矩问题，可以将刀盘进行分级设计，也即将刀盘设置为依次嵌套的不同直径刀盘。例如刀盘可以分为直径最大的大刀盘、直径中等的中刀盘以及直径最小的小刀盘，各刀盘依次嵌套设置在一起，组合成完整刀盘，并且，本发明所提供的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构设有用于分别带动大刀盘、中刀盘以及小刀盘旋转伸出的运动装置，这样可以实现主驱动结构对刀盘的分级驱动。

通过上述设置可以实现小规格主驱动提供超大断面开挖所需推力、扭矩、转速、功率，同时解决了超大直径掘进机主驱动***零部件制造条件、现场组装要求过高的问题。正是因为运动装置可以根据使用需求分别驱动刀盘，使得三级刀盘分别开挖，所以能够很好的改善掘进条件，降低掘进风险，提高掘进效率，保持开挖地质的均匀性，最终能够优化刀盘在塌方等极端工况条件下承受偏载的能力。

综上所述，本发明所提供的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构简单，适用于超大直径竖井掘进机，能够有效降低掘进风险和承受较大扭矩。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构的结构示意图。

图1中：

1为外密封装置、2为防扭油缸、3为连接法兰、4为主轴承、5为驱动箱、6为小齿轮、7为大齿圈、8为花键轴、9为减速机、10为电机、11为扭矩限制器、12为内密封装置、13为推进油缸。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，结构简单，适用于超大直径竖井掘进机，能够有效降低掘进风险和承受较大扭矩。

请参考图1，图1为本发明所提供的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构的结构示意图。

本具体实施例提供的一种应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，包括：用于带动刀盘运动的运动装置、用于向运动装置传递扭矩的第一驱动装置以及用于向运动装置施加沿竖直方向推动力的第二驱动装置，运动装置嵌设于盾体和刀盘内，第一驱动装置和第二驱动装置均与运动装置连接，以使运动装置带动刀盘边旋转边推出，运动装置和盾体之间为柔性连接。

需要说明的是，运动装置接收到第一驱动装置传递的扭矩后可以带动刀盘旋转，而且运动装置还会受到第二驱动装置竖直方向的推动力，使得运动装置可以边旋转边向外推动刀盘，继而带动刀盘旋转伸出，以便于进行掘进操作。

可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对运动装置、第一驱动装置以及第二驱动装置的结构、形状、材质、尺寸、位置、连接关系、型号等进行确定。

在使用本发明所提供的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构时，运动装置嵌设于盾体和刀盘内以带动刀盘旋转伸出，第一驱动装置可以向运动装置传递扭矩，以使运动装置可以进行旋转运动，与此同时，第二驱动装置可以向运动装置施加竖直方向的推动力，最终使得运动装置可以在旋转过程中向外推出刀盘，使得刀盘可以顺利旋转伸出，以进行掘进操作。

并且，由于运动装置和盾体之间为柔性连接，这样可以在刀盘发生卡死等极端工况时，为装置提供柔性保护。因为当刀盘发生卡死现象时，运动装置和盾体、刀盘之间会出现极大的扭矩，此时，由于刀盘不动，扭矩全部施加在运动装置上，若运动装置和盾体之间为刚性联接，则刚性连接件会受极大剪切力，其容易发生剪切破坏现象，继而会影响应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构和掘进机的正常运行。

另外，还需要补充说明的是，为了解决刀盘因开挖端面直径过大，在施工过程中，面临的盾体承受较大扭矩问题，可以将刀盘进行分级设计，也即将刀盘设置为依次嵌套的不同直径刀盘。例如刀盘可以分为直径最大的大刀盘、直径中等的中刀盘以及直径最小的小刀盘，各刀盘依次嵌套设置在一起，组合成完整刀盘，并且，本发明所提供的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构设有用于分别带动大刀盘、中刀盘以及小刀盘旋转伸出的运动装置，这样可以实现主驱动结构对刀盘的分级驱动。

通过上述设置可以实现小规格主驱动提供超大断面开挖所需推力、扭矩、转速、功率，同时解决了超大直径掘进机主驱动***零部件制造条件、现场组装要求过高的问题。正是因为运动装置可以根据使用需求分别驱动刀盘，使得三级刀盘分别开挖，所以能够很好的改善掘进条件，降低掘进风险，提高掘进效率，保持开挖地质的均匀性，最终能够优化刀盘在塌方等极端工况条件下承受偏载的能力。

综上所述，本发明所提供的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构简单，适用于超大直径竖井掘进机，能够有效降低掘进风险和承受较大扭矩。

优选的，第一驱动装置包括电机10和减速机9，运动装置包括用于与减速机9连接以同步转动的连接轴和套设于连接轴外周部的用于将扭矩传递至刀盘的传递装置，电机10输出轴与减速机9输入轴连接，减速机9输出轴与连接轴连接。

优选的，传递装置包括套设于连接轴外周部的小齿轮6、用于与小齿轮6啮合连接的大齿圈7、与大齿圈7固定连接的连接法兰3以及主轴承4，主轴承4的内周部与连接法兰3固定连接，连接法兰3与刀盘连接。

因此，电机10启动后，电机10旋转过程产生的扭矩会依次进行传递，其扭矩传递顺序为电机10传递至减速机9、减速机9传递至连接轴、连接轴传递至小齿轮6、小齿轮6传递至大齿圈7、大齿圈7传递至连接法兰3、连接法兰3最终传递至刀盘，从而驱动刀盘旋转。通过上述设置，使得本装置可进行较大扭矩传动。

可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对连接轴和传递装置的结构、形状、尺寸、位置等进行确定。

优选的，传递装置包括用于固定和保护主轴承4的驱动箱5，主轴承4设于驱动箱5内。通过设置驱动箱5可以有效提高主轴承4的使用寿命。

优选的，第二驱动装置为推进油缸13，推进油缸13与驱动箱5固定连接，推进油缸13用于通过依次推动驱动箱5、主轴承4和连接法兰3，以对刀盘施加竖直方向推动力。

本实施例中，推进油缸13可以通过推动驱动箱5，继而推动主轴承4，再经过主轴承4推动连接法兰3，最终，连接法兰3可以向刀盘传递该推动力，以实现为刀盘提供推力的目的。连接法兰3在旋转过程中同时又受到推动力，以带动刀盘边旋转边伸出。

可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对驱动箱5和推进油缸13的结构、尺寸、位置、材质、型号等进行确定。

优选的，连接轴为花键轴8。

需要说明的是，花键轴8主要用于传递扭矩，并且，花键轴8外表面设有纵向键槽，套设于花键轴8外周部的小齿轮6上也设置有对应的键槽，从而使得二者可以保持同步旋转。而且，在旋转过程中，小齿轮6还可以沿着花键轴8作纵向滑动，最终可以带动连接法兰3边旋转边纵向移动，且由于连接法兰3还会受到竖直方向推动力，最终使得刀盘同步旋转时被推出，也即刀盘可以边旋转边逐渐伸出。

当然，也可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，将连接轴设置为其它类型的轴零件。

优选的，电机10上设有用于为电机10提供过载保护的扭矩限制器11，从而可以提高电机10的使用寿命。

优选的，运动装置和盾体之间设有用于防止装置扭矩过大的防扭油缸2和用于固定防扭油缸2的防扭块，防扭块固设于运动装置上，防扭油缸2的活动端与盾体连接。

因此，当掘进机运行过程中发生刀盘卡死等极端现象时，防扭油缸2可以提供柔性保护。因为当刀盘发生卡死现象，运动装置与刀盘、盾体之间会出现极大扭矩，又因为此时刀盘无法转动，导致扭矩全部施加在驱动箱5上。如果驱动箱5和盾体之间为刚性连接，例如采用螺栓连接驱动箱5和盾体，此时的螺栓会受极大剪切力，其容易发生剪切破坏现象，继而会影响应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构的正常运行。所以通过设置防扭油缸2可以有效避免上述现象的发生，可以使应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构承受较大扭矩，并得到很好的保护。

可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对扭矩限制器11、防扭油缸2以及防扭块的结构、形状、尺寸、位置、个数、类型、材质等进行确定。

优选的，应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构包括用于密封主驱动结构内部油液的内密封装置12和用于防止掘进过程中渣土和灰尘进入主驱动结构内的外密封装置1。

本实施例中，内密封装置12主要用于密封齿轮箱内部油液，外密封装置1主要用于对开挖仓内的渣土进行密封，以防止渣土及灰尘进入到齿轮油箱内。可以将密封装置设置为迷宫密封件，当然可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对内密封装置12和外密封装置1的结构、形状、尺寸、位置等进行确定，以确保应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构的密封效果良好。

需要进一步说明的是，将本装置运用至超大直径竖井掘进机时，可以将竖井掘进机的刀盘进行分级处理，也即将刀盘设置为依次嵌套的不同直径刀盘，再采用应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构进行分级驱动，从而实现在使用过程根据使用需求分别驱动刀盘的目的，将使得掘进机可以应对更为复杂的开挖场景，同时使用小规格主驱动为超大断面开挖设备提供所需工作条件，极大节省设计空间。而且，本装置所设置的防扭油缸2可以为刀盘提供柔性保护，以有效提高装置使用寿命。最终，可以有效提高竖井掘进机的掘进效率和降低掘进风险。

此外，本发明所提供的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构适用于但不限于超大直径竖井掘进机刀盘驱动***，在其他超大直径开挖或需要提供大推力以及大扭矩传动的场合亦可采用本发明方案。

需要进行说明的是，本申请文件中提到的第一驱动装置和第二驱动装置，其中，第一和第二只是为了区分位置的不同，并没有先后顺序之分。

另外，还需要说明的是，本申请的“竖直”、“向下”等指示的方位或位置关系，是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述和便于理解，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，其特征在于，包括：用于带动刀盘运动的运动装置、用于向所述运动装置传递扭矩的第一驱动装置以及用于向所述运动装置施加沿竖直方向推动力的第二驱动装置，所述运动装置嵌设于盾体和所述刀盘内，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均与所述运动装置连接，以使所述运动装置带动所述刀盘边旋转边推出，所述运动装置和所述盾体之间为柔性连接；所述运动装置和所述盾体之间设有用于防止装置扭矩过大的防扭油缸(2)和用于固定所述防扭油缸(2)的防扭块，所述防扭块固设于所述运动装置上，所述防扭油缸(2)的活动端与所述盾体连接。

2.根据权利要求1所述的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，其特征在于，所述第一驱动装置包括电机(10)和减速机(9)，所述运动装置包括用于与所述减速机(9)连接以同步转动的连接轴和套设于所述连接轴外周部的用于将所述扭矩传递至所述刀盘的传递装置，所述电机(10)输出轴与所述减速机(9)输入轴连接，所述减速机(9)输出轴与所述连接轴连接。

3.根据权利要求2所述的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，其特征在于，所述传递装置包括套设于所述连接轴外周部的小齿轮(6)、用于与所述小齿轮(6)啮合连接的大齿圈(7)、与所述大齿圈(7)固定连接的连接法兰(3)以及主轴承(4)，所述主轴承(4)的内周部与所述连接法兰(3)固定连接，所述连接法兰(3)与所述刀盘连接。

4.根据权利要求3所述的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，其特征在于，所述传递装置包括用于固定和保护所述主轴承(4)的驱动箱(5)，所述主轴承(4)设于所述驱动箱(5)内。

5.根据权利要求4所述的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，其特征在于，所述第二驱动装置为推进油缸(13)，所述推进油缸(13)与所述驱动箱(5)固定连接，所述推进油缸(13)用于通过依次推动所述驱动箱(5)、所述主轴承(4)和所述连接法兰(3)，以对所述刀盘施加竖直方向推动力。

6.根据权利要求2至5任一项所述的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，其特征在于，所述连接轴为花键轴(8)。

7.根据权利要求2至5任一项所述的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，其特征在于，所述电机(10)上设有用于为所述电机(10)提供过载保护的扭矩限制器(11)。

8.根据权利要求1至5任一项所述的应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构，其特征在于，包括用于密封所述应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构内部油液的内密封装置(12)和用于防止掘进过程中渣土和灰尘进入所述应用于超大直径竖井掘进机的主驱动结构内的外密封装置(1)。

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