[发明专利]一种TBM刀盘电机液压马达复合驱动装置

说明书

技术领域

    本发明涉及一种电液复合驱动技术，尤其涉及一种全断面岩石隧道掘进机刀盘系统的驱动装置。

背景技术

全断面岩石隧道掘进机（以下简称“TBM”）实际掘进工况下的转速转矩特性如下：TBM在掘进过程中若遇到软土地质，则在较小的推进力下，刀盘每转一圈的轴向推进量较大，此时TBM的实际负载扭矩较大，可以采用低速大扭矩掘进方式，而当遇到硬岩地质时，即使推进力很大，刀盘每转一圈的轴向贯入量仍较小，实际负载扭矩较小，此时，可以提高刀盘的转速，实现高速小扭矩驱动。

刀盘驱动系统是TBM的核心部件，主要由多个驱动电机或液压马达、行星齿轮减速器、小齿轮及大齿圈、主轴承以及密封冷却系统组成。目前TBM的驱动方式主要有电机驱动和液压驱动，其中电机驱动包括双速电机驱动和变频电机驱动。TBM刀盘驱动功率非常大，液压马达的驱动效率低，若采用单一液压马达驱动，功率损失非常大，且发热严重，因此液压马达驱动只作为双速电机驱动的辅助驱动方式存在。

传统的TBM刀盘驱动系统主要有：双速电机主驱动+液压马达辅助驱动方式，变频电机驱动方式。

双速电机主驱动+液压马达辅助驱动方式存在的问题主要有：（1）不能连续调速，地质适应性差；（2）传动机构复杂，故障率高，影响掘进速度 ；（3）液压马达和电机不能同时驱动。

变频电机驱动方式是目前的主要驱动方式，尽管变频电机在低速时相对于普通的电机可以输出较大的扭矩，但是由于受到最大电磁转矩的限制，变频电机驱动方式的脱困扭矩有限。为了提高脱困能力，只能被动地增加电机的功率以提高脱困扭矩。这就迫使变频电机的装机功率大大提高。 而在高速掘进的工况电机的扭矩相对于脱困扭矩又非常小，因此造成了电机的装机功率的浪费。

发明内容

本发明的目的在于为全断面岩石隧道掘进机（TBM）提供一种脱困扭矩大、地质适应性好、装机功率利用率高的刀盘驱动装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明TBM刀盘电机液压马达复合驱动装置，包括大齿圈和变频电机驱动机构，所述变频电机驱动机构包括第一小齿轮、第一减速器和变频电机，第一小齿轮与大齿圈啮合，第一减速器的输出轴与第一小齿轮固定连接，第一减速器的输入轴与变频电机的输出轴连接，其特征是： 还包括液压马达驱动机构，所述液压马达驱动机构包括第二小齿轮、第二减速器、粘性离合器和液压马达，所述第二小齿轮与大齿圈啮合，第二减速器的输出轴与第二小齿轮固定连接，第二减速器的输入轴与粘性离合器的输出轴连接，粘性离合器的输入轴与液压马达的输出轴连接。

进一步地，本发明所述变频电机驱动机构为两个以上，各变频电机驱动机构等间隔分布。

进一步地，本发明所述液压马达驱动机构为两个以上，各液压马达驱动机构等间隔分布。

进一步地，本发明所述变频电机驱动机构和液压马达驱动机构等间隔交替分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

现有的TBM刀盘驱动主要采用变频电机驱动，缺点是脱困能力不足。当遇到不良地质刀盘被卡时，若无法实现脱困将大大降低隧道施工速度。而变频电机和液压马达的驱动特性、变速范围、动态响应速度之间都存在较大差异，如果直接将电机和液压马达直接耦合，则在启动和变速过程中会出现较大的机械冲击和扭矩不平衡等问题，影响刀盘的扭矩输出，严重情况下会造成传动机构或驱动元件的破坏。迄今为止，如何解决电机和液压马达在复合驱动中的机械冲击和扭矩动态平衡是一个行业性难题。本发明通过粘性离合器实现电机和液压马达的动力柔性耦合，实现了变频电机和液压马达的复合驱动。既充分发挥了变频电机调速范围广、效率高的特性，又充分利用液压马达低速大扭矩的驱动特性优势。本发明驱动装置的突出优点是显著增强了TBM的脱困能力。此外，本发明增强了TBM刀盘驱动系统的地质适应性，使刀盘的驱动特性与岩石地质特性相匹配，提高了装机功率的利用率。

附图说明

图1为本发明的结构原理图；

图中：1、液压马达，2、粘性离合器，3、变频电机，4、第一减速器，5、第二减速器，6、第一小齿轮，7、大齿圈，8、第二小齿轮。

图2为变频电机和液压马达驱动机构的位置分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，TBM刀盘电机液压马达复合驱动装置由大齿圈7、变频电机驱动机构和液压马达驱动机构组成。