[发明专利]高速低能耗掘进机

说明书

技术领域

本发明是一种高速低能耗掘进机，适用于城市地下管道设施、地铁、隧道及其他地下工程的施工。

背景技术

现有的掘进机都设有一个与所建隧道直径相符的刀盘，在刀盘上面对掌子面的刀盘表面上，装有若干固定的或可以自由转动的切削器。紧接刀盘的后部，设有作为掘进机壳体的圆筒，在圆筒的中心，用轴承支撑着一根可围绕隧道轴线转动的转轴。转轴的前端连接刀盘，后部连接齿轮及马达。马达的动力经齿轮驱动转轴，带动刀盘转动，进而通过刀盘上的切削器对岩土进行切削。

用这种方法设计的掘进机有CN85104500介绍的遮护式隧道掘进机及CN86100645介绍的掩护支架平硐掘进机。

用现有的掘进机进行隧道施工，掘进的速度很低。需要具有足够大的动力，消耗的能量很高。掘进机的零部件很笨重，占据了掘进机壳体内许多有限的空间，安装和维修都很麻烦，也给安装其他设备带来困难。

现有的掘进机，在对岩土进行掘进时，切削器会由于它与岩土的摩擦而发热，发热的程度取决于切削器对岩土的切削速度，切削速度越高，发热程度越高。制造切削器的材料所能承受的发热程度是有限的，换言之，一定材料制成的切削器，使用时切削速度是有限的。

参见图2，现有的掘进机对岩土进行掘进时，切削器的切削速度与刀盘的大小及刀盘的转速有关。切削器在刀盘上做圆周运动，它对岩土的切削速度既是切削器在该点圆周上的线速度(V)，它的速度值是切削器所在圆周的半径(R)与刀盘转速(ω)的乘积。

刀盘的大小是根据隧道的尺寸决定的，不能改变。为了使切削器的线速度不会过高，只能降低刀盘的转速，进而保证切削器不会过度发热。所以现有的掘进机转速不能太高，用现有的掘进机进行隧道施工，掘进的速度很低。

现有的掘进机对岩土进行掘进时，切削器对岩土施力，将岩土剥离掌子面。岩土对切削器施以反作用力，通过刀盘以扭矩的形式传递给转轴，进而通过齿轮传递给马达。

扭矩是力与力臂的乘积，对现有的掘进机而言，每个切削器产生的扭矩，就是切削器受到的岩土对该切器施加的反作用力(F)与该切削器所在刀盘上圆周半径(R)的乘积。每个切削器产生的扭矩都会传递到转轴上，形成总扭矩，并经过齿轮传达给马达。

隧道的直径都很大，与之相符的刀盘也就大，总扭矩也就大，需要马达能够输出足够的扭矩抵抗岩土对切削器施加的反作用力，往往需要数量众多的马达驱动。

马达需要消耗能量输出转速和扭矩，它所消耗的能量值等于马达输出转速与马达输出扭矩的乘积，现有的掘进机马达消耗的能量往往都很高。

另外，由于扭矩大，转轴、齿轮等零部件都要有足够大的尺寸，以承受总扭矩的负荷，制造出的掘进机很笨重。

粗大笨重的掘进机零部件占据了掘进机壳体内许多有限的空间，安装和维修都很麻烦，也给安装其他设备带来困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速低能耗掘进机，通过改变掘进机的刀盘及其传动形式，提高掘进速度，降低驱动能耗。通过优化结构设计，减小零部件的尺寸，为掘进机的安装、维修和更换提供方便，也更利于安装其它设备。还可以变换切削方式，适用于不同的岩土，做到一机多用。

附图说明

图1是本发明的结构视图：

图2是本发明刀盘的结构视图：

具体实施方式

如图1所示：本发明提供的高速低能耗掘进机，改变了掘进机的刀盘及其传动形式。

刀盘被分为两部分：

一部分刀盘像现有的掘进机那样，在面对掌子面的刀盘表面上，装有若干固定的或可以自由转动的切削器，刀盘围绕隧道轴线转动，通过刀盘上的切削器对岩土进行切削。

刀盘驱动马达1，通过刀盘驱动马达齿轮3与刀盘驱动转轴齿轮4啮合，将扭矩传递给刀盘驱动转轴5.进而使与刀盘驱动主轴5固接的刀盘6转动。由刀盘6上面固定的或可以自由转动的切削器11，对岩土进行切削。

与现有的掘进机有所不同，本发明提供的高速低能耗掘进机，刀盘驱动转轴5是空心的。

如图1所示：本发明提供的高速低能耗掘进机，在刀盘6上增设了若干滚刀7，在滚刀7上装有若干切削器。(为了叙述简洁，在图1中没有画出这些切削器。)

本发明提供的高速低能耗掘进机，设置了滚刀驱动系统，它包括滚刀驱动马达15、滚刀驱动马达齿轮14、滚刀驱动转轴齿轮13、滚刀驱动转轴12、伞齿轮10、楔铁9、滚刀轴8、和滚刀7。