CN112013097B - 一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱 - Google Patents

一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱，设计方法应用于盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计，包括：确定传动结构形式，设定齿轮箱传动比I；对传动比进行分配，设定第二行星级的传动比I4以及第一行星级的传动比I3，并对输入齿轮副的传动比I1以及低速齿轮副的传动比I2进行计算，确定传动比I1和传动比I2的范围值；确定第一行星级和第二行星级的模数范围；对各齿轮及轴承进行校核，并根据校核结果确定传动比I1、I2、I3和I4的具体取值以及第一行星级和第二行星级的模数值。本发明所提供的设计方法，满足盾构机双模式的使用要求，攻克混合地质施工难题，减少新型号齿轮箱的开发、降低齿轮箱采购成本，提高性价比。

Description

一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱
技术领域
本发明涉及盾构机齿轮箱领域，特别是涉及一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱。
背景技术
近年来，随着我国国民经济的迅速发展，加上我国城市人口密集和交通压力，各种基础设施建设工程不断展开，地铁、铁路、公路、水利等将建设大量隧道，盾构机被誉为“国之重器”，在我国交通建设和城市发展中发挥着不可替代的重要角色。主驱动齿轮箱作为驱动盾构机刀盘旋转的核心驱动装置。硬岩盾构(TBM)、土压平衡盾构(EPB)由于面对不同的地质载荷分别需要高速低扭矩、低速高扭矩驱动，故配置的主驱动齿轮箱规格也不同，采购成本相应增加，通用互换性较差。同一施工项目往往会面对岩石、软土等混合交变地质条件，普通的固定传动比主驱动齿轮箱已无法胜任正常的掘进工作；即使在隧道施工中单独再次更换匹配的主驱动齿轮箱、驱动电机也同样严重影响施工进度、施工成本剧增。
为了便于硬岩盾构与土压平衡盾构两种模式的切换，急需一种双模式可换挡调速的主驱动齿轮箱，来满足盾构机在岩石、软土等混合交变地质下高速低扭矩、低速高扭矩切换使用。
因此，如何实现盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱，用于满足盾构机在岩石、软土等混合交变地质下高速低扭矩、低速高扭矩切换使用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，应用于盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱包括输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构、第一行星级、第二行星级以及输出行星架；包括以下步骤：
步骤S1：确定传动结构形式，设定齿轮箱传动比I；
步骤S2：对传动比进行分配，设定第二行星级的传动比I4以及第一行星级的传动比I3，并对输入齿轮副的传动比I1以及低速齿轮副的传动比I2进行计算，确定传动比I1和传动比I2的范围值；
步骤S3：确定第一行星级和第二行星级的模数范围；
步骤S4：对各齿轮及轴承进行校核，并根据校核结果确定传动比I1、传动比I2、传动比I3和传动比I4的具体取值以及所述第一行星级和第二行星级的模数值。
优选的，所述步骤S1包括：
设定齿轮箱传动比I为20-90，IEPB/ITBM＝A，2≤A≤3；且传动结构采用两级圆柱齿轮+两级NGW行星齿轮的传动形式。
优选的，所述步骤S3包括：
利用Palmgren-Miner法则处理载荷谱，得出齿轮、轴承的当量载荷与转速；结合外形尺寸限制、齿圈壁厚、齿数条件初选第一行星级和第二行星级的模数，确定所述第一行星级和第二行星级的模数范围；并且两级圆柱齿轮的模数与第一行星级的模数相同。
优选的，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱还包括第一箱体和第二箱体，所述输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构位于所述第一箱体内，所述第一NGW行星级、第二NGW行星级以及输出行星架位于所述第二箱体内；还包括步骤：
对所述第一箱体和第二箱体进行设计；所述第一箱体采用偏心式回转圆柱箱体结构，所述第一箱体的最大外圆尺寸不得大于所述第二箱体的外圆尺寸；在所述第一箱体内布置冷却水箱，冷却水箱位于输入端，冷却水箱内部采用涂漆、镀锌的防锈措施，同时承压能力需满足1MPa以上，无渗漏。
优选的，还包括步骤：
对换挡机构进行设计，采用手动换挡形式，通过内、外花键套、拨叉、连杆或手柄实现切换功能，并配置锁紧装置进行限位。
优选的，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱还包括检测装置；还包括步骤：对检测装置进行设计，所述检测装置为接近传感器，实时监测档位。
优选的，所述步骤S2包括：
所述输入齿轮副的传动比I1与所述低速齿轮副的传动比I2按照公式
Figure BDA0002685566590000031
进行初步取值，确定传动比I1和传动比I2的范围值，再结合Z1+Z2＝Z3+Z4＝Z5+Z6条件进行优选。
优选的，所述步骤S2还包括：
设定第二行星级的传动比I4为3.5-5；设定第一行星级的传动比I3为3.5-5，并且，设定所述第一行星级中的两级行星总传动比为16-20。
优选的，所述步骤S4包括：
依托KISSsoft、MASTA的国际权威齿轮专业计算软件进行疲劳强度和寿命校核；将第一行星级、第二行星级及输入齿轮副的齿轮参数导入全工况载荷谱参数计算，并设定弯曲疲劳安全系数SF≥1.4，接触疲劳安全系数SH≥1.0；对应支撑轴承寿命≥10000小时；将高速齿轮副、低速齿轮副的齿轮参数分别导入各自对应工况载荷谱参数计算，并设定弯曲疲劳安全系数SF≥1.4，接触疲劳安全系数SH≥1.0；对应支撑轴承寿命≥5000小时；根据校核结果确定传动比I1、I2、I3和I4的具体取值以及所述第一行星级和第二行星级的模数值。
一种齿轮箱，采用上述的设计方法设计而成，包括第一箱体、第二箱体、位于所述第一箱体内的冷却水箱、输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构和检测装置、以及位于所述第二箱体内的第一行星级、第二行星级和输出行星架；所述冷却水箱靠近所述输入轴布置，所述输入齿轮副与所述低速齿轮副和高速齿轮副择一啮合；所述换挡机构用于切换所述低速齿轮副和所述高速齿轮副，所述检测装置用于检测所述换挡机构的状态；所述第一行星级、所述第二行星级以及所述输出行星架位于所述第二箱体内，由输入端至输出端依次布置。
本发明所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，应用于盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱包括输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构、第一行星级、第二行星级以及输出行星架；包括以下步骤：步骤S1：确定传动结构形式，设定齿轮箱传动比I；步骤S2：对传动比进行分配，设定第二行星级的传动比I4以及第一行星级的传动比I3，并对输入齿轮副的传动比I1以及低速齿轮副的传动比I2进行计算，确定传动比I1和传动比I2的范围值；步骤S3：确定第一行星级和第二行星级的模数范围；步骤S4：对各齿轮及轴承进行校核，并根据校核结果确定传动比I1、I2、I3和I4的具体取值以及所述第一行星级和第二行星级的模数值。本发明所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，可实现盾构机双模式主驱动齿轮箱的优化设计，满足盾构机双模式的使用要求，攻克混合地质施工难题，进一步缩短工期、降低项目施工成本，并且减少新型号齿轮箱的开发、降低齿轮箱采购成本，提高整机性价比。
在一种优选实施方式中，所述步骤S4包括：依托KISSsoft、MASTA的国际权威齿轮专业计算软件进行疲劳强度和寿命校核；将第一行星级、第二行星级及输入齿轮副的齿轮参数导入全工况载荷谱参数计算，并设定弯曲疲劳安全系数SF≥1.4，接触疲劳安全系数SH≥1.0；对应支撑轴承寿命≥10000小时；将高速齿轮副、低速齿轮副的齿轮参数分别导入各自对应工况载荷谱参数计算，并设定弯曲疲劳安全系数SF≥1.4，接触疲劳安全系数SH≥1.0；对应支撑轴承寿命≥5000小时；根据校核结果确定传动比I1、I2、I3和I4的具体取值以及所述第一行星级和第二行星级的模数值。上述过程，通过各齿轮的疲劳强度和寿命进而校核，并利用校核的结果作为传动比I1、I2、I3和I4的具体取值以及所述第一行星级和第二行星级的取值依据，提高齿轮箱的结构合理性，设计高效，齿轮箱的性能优良，满足盾构机双模式的使用要求。
本发明所提供的齿轮箱，包括第一箱体、第二箱体、位于所述第一箱体内的冷却水箱、输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构和检测装置、以及位于所述第二箱体内的第一行星级、第二行星级和输出行星架；所述冷却水箱靠近所述输入轴布置，所述输入齿轮副与所述低速齿轮副和高速齿轮副择一啮合；所述换挡机构用于切换所述低速齿轮副和所述高速齿轮副，所述检测装置用于检测所述换挡机构的状态；所述第一行星级、所述第二行星级以及所述输出行星架位于所述第二箱体内，由输入端至输出端依次布置。本发明所提供的齿轮箱，可实现盾构机双模式主驱动齿轮箱的优化设计，满足盾构机双模式的使用要求，攻克混合地质施工难题，进一步缩短工期、降低项目施工成本。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法一种具体实施方式的流程图；
图2为本发明所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱一种具体实施方式的结构原理图；
图3为本发明所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱一种具体实施方式的传动原理图；
其中：1-第一箱体、2-第二箱体。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱，用于满足盾构机在岩石、软土等混合交变地质下高速低扭矩、低速高扭矩切换使用。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，图1为本发明所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法一种具体实施方式的流程图；图2为本发明所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱一种具体实施方式的结构原理图；图3为本发明所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱一种具体实施方式的传动原理图。
在该实施方式中，盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，应用于盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计，盾构机双模式主驱动齿轮箱包括输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构、第一行星级、第二行星级以及输出行星架。盾构机双模式主驱动齿轮箱应用在兼具硬岩盾构和土压平衡盾构的双模式盾构机上。
该盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法包括以下步骤：
步骤S1：确定传动结构形式，设定齿轮箱传动比I；
步骤S2：对传动比进行分配，设定第二行星级的传动比I4以及第一行星级的传动比I3，并对输入齿轮副的传动比I1以及低速齿轮副的传动比I2进行计算，确定传动比I1和传动比I2的范围值；具体的，传动比I1和传动比I2的范围值是根据第二行星级的传动比I4以及第一行星级的传动比I3计算得出；
步骤S3：确定第一行星级和第二行星级的模数范围；具体的，第一行星级和第二行星级的模数范围可根据齿轮的物理条件进行选择；
步骤S4：对各齿轮及轴承进行校核，并根据校核结果确定传动比I1、传动比I2、传动比I3和传动比I4的具体取值以及第一行星级和第二行星级的模数值；在传动比I1、传动比I2、传动比I3和传动比I4的数值确定后，计算高速齿轮副的传动比I′2。
本发明所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，可实现盾构机双模式主驱动齿轮箱的优化设计，满足盾构机双模式的使用要求，攻克混合地质施工难题，进一步缩短工期、降低项目施工成本，并且减少新型号齿轮箱的开发、降低齿轮箱采购成本，提高整机性价比。
具体的，步骤S1包括：
设定齿轮箱传动比I为20-90，应为同一隧道施工项目中，通常地层及载荷对应硬岩高速低扭矩、软土低速高扭矩两种模式下齿轮箱传动比设定为20-90时效果较好；并且，IEPB/ITBM＝A，2≤A≤3，即硬岩盾构模式下的传动比与土压平衡盾构模式下的传动比为2-3；且传动结构采用两级圆柱齿轮+两级NGW行星齿轮的传动形式，其中，两级圆柱齿轮包括输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副，两级NGW行星齿轮包括第一NGW行星级和第二NGW行星级。
在上述各实施方式的基础上，步骤S3包括：
利用Palmgren-Miner法则处理载荷谱，得出齿轮、轴承的当量载荷与转速；结合外形尺寸限制、齿圈壁厚、齿数条件初选第一行星级和第二行星级的模数，确定第一行星级和第二行星级的模数范围；并且两级圆柱齿轮的模数与第一行星级的模数相同。
在上述各实施方式的基础上，盾构机双模式主驱动齿轮箱还包括第一箱体1和第二箱体2，输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构位于第一箱体1内，第一NGW行星级、第二NGW行星级以及输出行星架位于第二箱体2内；还包括步骤：
对第一箱体1和第二箱体2进行设计；第一箱体1采用偏心式回转圆柱箱体结构，第一箱体1的最大外圆尺寸不得大于第二箱体2的外圆尺寸；在第一箱体1内布置冷却水箱，冷却水箱位于输入端，可根据热交换面积、水循环流场的技术需求进行结构设；冷却水箱内部采用涂漆、镀锌的防锈措施，同时承压能力需满足1MPa以上，无渗漏。
在上述各实施方式的基础上，还包括步骤：
对换挡机构进行设计，采用手动换挡形式，通过内、外花键套、拨叉、连杆或手柄实现切换功能，并配置锁紧装置进行限位。具体的，采用手动换挡机构，相对自动换挡机构而言，其结构简单、成本低、降低了失效概率。
在上述各实施方式的基础上，盾构机双模式主驱动齿轮箱还包括检测装置；还包括步骤：对检测装置进行设计，检测装置为接近传感器，实时监测档位，确保运行安全可靠。
在上述各实施方式的基础上，步骤S2包括：
输入齿轮副的传动比I1与低速齿轮副的传动比I2按照公式(1)：
Figure BDA0002685566590000081
进行初步取值，确定传动比I1和传动比I2的范围值，再结合Z1+Z2＝Z3+Z4＝Z5+Z6条件进行优选。
进一步，步骤S2还包括：
设定第二行星级的传动比I4为3.5-5；设定第一行星级的传动比I3为3.5-5，并且，设定第一行星级中的两级行星总传动比为16-20。
优选的，设定第二行星级的传动比I4为3.8-4.2或4.3-4.6；设定第一行星级的传动比I3的传动比I4为3.8-4.2或4.3-4.6，并且，设定第一行星级中的两级行星总传动比为15-17、17-18或19-20。
具体的，在步骤S2中，由于第二行星级为输出级，承载能力最大，且外形尺寸限制，优先确定该级传动比I4；推荐I4取值为4或4.444，可满足行星轮4～5分流等分布置设计，同时，齿圈采用标准大模数，结构紧凑，承载能力强；第一行星级传动比I3按模块化设计推荐选取4或4.444，满足多分流设计同时，齿圈齿数可在60齿左右优选大模数；两级行星总传动比三种组合，分别为16、17.778、19.753；输入齿轮副的传动比I1、低速齿轮副传动比I2按照公式1初步取值，再结合Z1+Z2＝Z3+Z4＝Z5+Z6条件进行优选；经过后面步骤3、步骤4后返回最终确定各级传动比；高速齿轮副为增速、降低扭矩，传动比I′2在其他各级传动比确定后得出。
在上述各实施方式的基础上，设定第二行星级的传动比I4为4或4.444；设定第一行星级的传动比I3的传动比I4为4或4.444，并且，设定第一行星级中的两级行星总传动比为16、17.778或19.753。
在上述各实施方式的基础上，步骤S4包括：依托KISSsoft、MASTA的国际权威齿轮专业计算软件进行疲劳强度和寿命校核；将第一行星级、第二行星级及输入齿轮副的齿轮参数导入全工况载荷谱参数计算，并设定弯曲疲劳安全系数SF≥1.4，接触疲劳安全系数SH≥1.0；对应支撑轴承寿命≥10000小时；将高速齿轮副、低速齿轮副的齿轮参数分别导入各自对应工况载荷谱参数计算，并设定弯曲疲劳安全系数SF≥1.4，接触疲劳安全系数SH≥1.0；对应支撑轴承寿命≥5000小时；根据校核结果确定传动比I1、I2、I3和I4的具体取值以及第一行星级和第二行星级的模数值。上述过程，通过各齿轮的疲劳强度和寿命进而校核，并利用校核的结果作为传动比I1、I2、I3和I4的具体取值以及第一行星级和第二行星级的取值依据，提高齿轮箱的结构合理性，设计高效，齿轮箱的性能优良，满足盾构机双模式的使用要求。
本实施例所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，为开发结构合理、满足实际工况使用的主驱动齿轮箱提供理论参考与思路，便于研发人员高效开发，缩短周期、降低开发成本，采用本设计方法设计的盾构机双模式主驱动齿轮箱，可实现一机两用，为岩石、软土等混合交变地质项目提供一种全新的解决方案；并且，结构紧凑，承载能力强，安全可靠；同时具有一定的成本及维护优势。
除了上述盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法外，本申请还提供了一种采用上述设计方法设计而成的齿轮箱，如图2所示，该齿轮箱包括冷却水箱、输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构、检测装置、第一箱体1、第一行星级、第二行星级、输出行星架、第二箱体2，其中，第一行星级优选为第一NGW行星级，第二行星级优选为第二NGW行星级；输入端布置冷却水箱，冷却水箱用于齿轮箱内部润滑油冷却，实现热平衡及温升控制；输入齿轮副的从动齿轮与低速齿轮副、高速齿轮副主动轮共轴，转速相同；通过换挡机构的动作切换，可实现低速齿轮副从动轮或高速齿轮副从动轮驱动输出，否则其中一对齿轮副处于空转状态；换挡机构操作装置及换挡检测装置布置在第一箱体1的外圆上，检测装置可实时检测低速、高速档位状态，为齿轮箱正常运转提供可靠性保障；第二箱体2与第一箱体1联接，第二箱体2内部布置第一NGW行星级、第二NGW行星级，其中两行星级齿圈固定，实现两级减速、增大扭矩作用，最终通过第二NGW行星级的行星架输出。
如图2传动原理图所示，齿轮箱双模式传动比为：
高速低扭矩模式传动比ITBM＝(Z2/Z1)*(Z6/Z5)*(1+Z9/Z7)*(1+Z12/Z10)；
低速大扭矩模式传动比IEPB＝(Z2/Z1)*(Z4/Z3)*(1+Z9/Z7)*(1+Z12/Z10)。
以上对本发明所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱进行了详细介绍。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 (7)

1.一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，应用于盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱包括输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构、第一行星级、第二行星级以及输出行星架；其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：确定传动结构形式，设定齿轮箱传动比I；
步骤S2：对传动比进行分配，设定第二行星级的传动比I4以及第一行星级的传动比I3，并对输入齿轮副的传动比I1以及低速齿轮副的传动比I2进行计算，确定传动比I1和传动比I2的范围值；
步骤S3：确定第一行星级和第二行星级的模数范围；
步骤S4：对各齿轮及轴承进行校核，并根据校核结果确定传动比I1、传动比I2、传动比I3和传动比I4的具体取值以及所述第一行星级和第二行星级的模数值；
所述步骤S2包括：
所述输入齿轮副的传动比I1与所述低速齿轮副的传动比I2按照公式
Figure 934994DEST_PATH_IMAGE002
进行初步取值，确定传动比I1和传动比I2的范围值，再结合Z1+Z2=Z3+Z4=Z5+Z6条件进行优选；其中：Z1为输入齿轮副的主动轮齿数，Z2为输入齿轮副的从动轮齿数，Z3低速齿轮副的主动轮齿数，Z4低速齿轮副的从动轮齿数，Z5高速齿轮副的主动轮齿数，Z6高速齿轮副的从动轮齿数；
所述步骤S2还包括：
设定第二行星级的传动比I4为3.5-5；设定第一行星级的传动比I3为3.5-5，并且，设定所述第一行星级中的两级行星总传动比为16-20；
所述步骤S4包括：
依托KISSsoft、MASTA的齿轮专业计算软件进行疲劳强度和寿命校核；将第一行星级、第二行星级及输入齿轮副的齿轮参数导入全工况载荷谱参数计算，并设定弯曲疲劳安全系数SF≥1.4，接触疲劳安全系数SH≥1.0；对应支撑轴承寿命≥10000小时；将高速齿轮副、低速齿轮副的齿轮参数分别导入各自对应工况载荷谱参数计算，并设定弯曲疲劳安全系数SF≥1.4，接触疲劳安全系数SH≥1.0；对应支撑轴承寿命≥5000小时；根据校核结果确定传动比I1、I2、I3和I4的具体取值以及所述第一行星级和第二行星级的模数值。
2.根据权利要求1所述的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
设定齿轮箱传动比I为20-90，IEPB/ITBM=A，2≤A≤3；且传动结构采用两级圆柱齿轮+两级NGW行星齿轮的传动形式。
3.根据权利要求2所述的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
利用Palmgren-Miner法则处理载荷谱，得出齿轮、轴承的当量载荷与转速；结合外形尺寸限制、齿圈壁厚、齿数条件初选第一行星级和第二行星级的模数，确定所述第一行星级和第二行星级的模数范围；并且两级圆柱齿轮的模数与第一行星级的模数相同。
4.根据权利要求1所述的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，其特征在于，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱还包括第一箱体（1）和第二箱体（2），所述输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构位于所述第一箱体（1）内，所述第一行星级、第二行星级以及输出行星架位于所述第二箱体（2）内；还包括步骤：
对所述第一箱体（1）和第二箱体（2）进行设计；所述第一箱体（1）采用偏心式回转圆柱箱体结构，所述第一箱体（1）的最大外圆尺寸不得大于所述第二箱体（2）的外圆尺寸；在所述第一箱体（1）内布置冷却水箱，冷却水箱位于输入端，冷却水箱内部采用涂漆、镀锌的防锈措施，同时承压能力需满足1MPa以上，无渗漏。
5.根据权利要求1所述的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，其特征在于，还包括步骤：
对换挡机构进行设计，采用手动换挡形式，通过内、外花键套、拨叉、连杆或手柄实现切换功能，并配置锁紧装置进行限位。
6.根据权利要求5所述的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，其特征在于，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱还包括检测装置；还包括步骤：对检测装置进行设计，所述检测装置为接近传感器，实时监测挡位。
7.一种齿轮箱，采用如权利要求1至6任意一项所述的设计方法设计而成，其特征在于，包括第一箱体（1）、第二箱体（2）、位于所述第一箱体（1）内的冷却水箱、输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构和检测装置、以及位于所述第二箱体（2）内的第一行星级、第二行星级和输出行星架；所述冷却水箱靠近所述输入轴布置，所述输入齿轮副与所述低速齿轮副和高速齿轮副择一连接；所述换挡机构用于切换所述低速齿轮副和所述高速齿轮副，所述检测装置用于检测所述换挡机构的状态；所述第一行星级、所述第二行星级以及所述输出行星架位于所述第二箱体（2）内，由输入端至输出端依次布置。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102745190A (zh) * 2011-04-20 2012-10-24 福特全球技术公司 在从静止起步的过程中用于操作机动车辆的方法和装置
CN202971760U (zh) * 2012-12-11 2013-06-05 大连理工大学 一种双驱式隧道掘进机减速器
CN202971771U (zh) * 2012-12-11 2013-06-05 大连理工大学 一种机电液复合式隧道掘进机主驱动***
CN103697121A (zh) * 2013-12-19 2014-04-02 贵州凯星液力传动机械有限公司 一种工程机械设备用多档位减速传动装置
CN203594734U (zh) * 2013-12-19 2014-05-14 天津市祥威传动设备有限公司 一种盾构机用刀盘驱动行星减速机
CN205859091U (zh) * 2016-06-08 2017-01-04 南京农业大学 机械液压复合传动变速箱
CN205978295U (zh) * 2016-08-30 2017-02-22 江苏泰隆减速机股份有限公司 一种盾构机减速机
WO2017194322A1 (de) * 2016-05-12 2017-11-16 Zf Friedrichshafen Ag Getriebe für tunnelbohrmaschine mit schaltbar überlagerter planetenstufe

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102745190A (zh) * 2011-04-20 2012-10-24 福特全球技术公司 在从静止起步的过程中用于操作机动车辆的方法和装置
CN202971760U (zh) * 2012-12-11 2013-06-05 大连理工大学 一种双驱式隧道掘进机减速器
CN202971771U (zh) * 2012-12-11 2013-06-05 大连理工大学 一种机电液复合式隧道掘进机主驱动***
CN103697121A (zh) * 2013-12-19 2014-04-02 贵州凯星液力传动机械有限公司 一种工程机械设备用多档位减速传动装置
CN203594734U (zh) * 2013-12-19 2014-05-14 天津市祥威传动设备有限公司 一种盾构机用刀盘驱动行星减速机
WO2017194322A1 (de) * 2016-05-12 2017-11-16 Zf Friedrichshafen Ag Getriebe für tunnelbohrmaschine mit schaltbar überlagerter planetenstufe
CN205859091U (zh) * 2016-06-08 2017-01-04 南京农业大学 机械液压复合传动变速箱
CN205978295U (zh) * 2016-08-30 2017-02-22 江苏泰隆减速机股份有限公司 一种盾构机减速机

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
电动汽车两档变速器设计;无;《www.docin.com》;20170517;第8页第1行-第46页最后一行 *

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