一種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置制造方法
【專利摘要】一種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置，機械傳動部分包括一個外殼圈，外殼圈的內(nèi)側(cè)互成120度安裝有三個主驅(qū)動馬達；主驅(qū)動馬達通過輸出軸上的齒輪和傳動齒圈相嚙合，傳動齒圈固定在傳動圓筒的后方，傳動圓筒安裝在外殼圈內(nèi)，與外殼圈同軸，傳動圓筒前方固定有公轉(zhuǎn)大刀盤；公轉(zhuǎn)大刀盤上有1-3個齒輪孔，在齒輪孔中安裝有行星齒輪盤，行星齒輪盤內(nèi)固定有三個互成120度的行星輪內(nèi)齒輪，行星輪內(nèi)齒輪和齒輪孔相嚙合，在公轉(zhuǎn)大刀盤上還布置有1-3排渣口。本實用新型的優(yōu)點是：1.減少重復破碎耗能；2.每組沖擊錘破巖鉆頭在全斷面上的運動軌跡均連續(xù)、密實、規(guī)則和穩(wěn)定；3.降低了動力負荷，可充分發(fā)揮全斷面沖擊破碎硬巖效能的綜合效率和效益。
【專利說明】-種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置
【技術(shù)領域】
[0001] 本實用新型涉及地下大直徑掘進工程機械裝置，即一種大直徑全斷面沖擊破碎硬 巖的地下掘進工程機械刀盤總成。
【背景技術(shù)】
[0002] 在公路、鐵路、地鐵和礦山建設中，需要在地下掘進大直徑隧道。近二十年來，在隧 道工程施工中廣泛應用的掘進(盾構(gòu)）機發(fā)展很快，從原來只適應松散(軟）顆粒地質(zhì)層的施 工，現(xiàn)還在向適應全斷面硬巖地質(zhì)(如礦山巷道等）以及超大直徑的方向發(fā)展。但目前針對 全斷面硬巖地質(zhì)制造的掘進機，還仍然停留在沿用"滾刀破巖"的辦法。雖然"滾刀破巖" 在其適應條件下有成功的應用，但在應用于全斷面硬巖地質(zhì)條件時，則突出的存在以下問 題 ：1、常規(guī)的滾刀憑對作業(yè)面局部施加高強的壓應力來滾動破碎硬巖，破巖層面均為軌 跡重復的同心圓，決定了其破巖效能差，進度慢，效率低；2、設備強度要求高，動力負荷大； 3、刀具或刀刃易磨損，維護頻繁。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 為了克服目前掘進機在全斷面硬質(zhì)巖石層施工中，效能差、進度慢、效率低和動力 負荷大以及刃具易損的缺點，本實用新型提供一種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的地下掘進 工程機械刀盤總成。
[0004] 這種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置，包括機械傳動和鉆具兩部分，其特 征在于，機械傳動部分包括一個外殼圈，外殼圈的內(nèi)側(cè)互成120度安裝有三個主驅(qū)動馬達； 主驅(qū)動馬達通過輸出軸上的齒輪和傳動齒圈相哨合，傳動齒圈固定在傳動圓筒的后方，傳 動圓筒安裝在外殼圈內(nèi)，與外殼圈同軸，傳動圓筒前方固定有公轉(zhuǎn)大刀盤；公轉(zhuǎn)大刀盤上有 1-3個齒輪孔，在齒輪孔中安裝有行星齒輪盤，行星齒輪盤內(nèi)固定有三個互成120度的行星 輪內(nèi)齒輪，行星輪內(nèi)齒輪和齒輪孔相嚙合，公轉(zhuǎn)大刀盤轉(zhuǎn)動時，通過行星輪內(nèi)齒輪帶動行星 齒輪盤公轉(zhuǎn)；行星齒輪盤的外周和固定外齒圈哨合，固定外齒圈固定在外殼圈上；固定外 齒圈與公轉(zhuǎn)大刀盤滑動配合，以傳遞外殼圈上的整體縱向推進力；在公轉(zhuǎn)大刀盤上還布置 有1-3排渣口。
[0005] 鉆具部分包括沖擊錘破巖鉆頭、側(cè)壁輔助整形滾刀和正面輔助整形滾刀。
[0006] 在行星輪內(nèi)齒輪的輪軸中同軸安裝有沖擊錘破巖鉆頭，輪軸的后部安裝有沖擊錘 動力組件，行星輪內(nèi)齒輪的輪軸為內(nèi)空六方套，與沖擊錘破巖鉆頭的外六方形鉆桿相配合， 帶動其旋轉(zhuǎn)。
[0007] 在公轉(zhuǎn)大刀盤前端面上，安裝有側(cè)壁整形滾刀，側(cè)壁整形滾刀的安裝軸后端有小 齒輪和固定外齒圈嚙合。
[0008] 在公轉(zhuǎn)大刀盤前端面上，在行星齒輪盤和側(cè)壁整形滾刀之間安裝有正面整形滾 刀。
[0009] 在行星齒輪盤的沖擊錘動力組件后部有動力旋轉(zhuǎn)接頭，動力旋轉(zhuǎn)接頭通過動力管 線、動力旋轉(zhuǎn)分配接頭和總動力旋轉(zhuǎn)分配接頭相連接，動力旋轉(zhuǎn)分配接頭和總動力旋轉(zhuǎn)分 配接頭，通過支架分別固定在行星齒輪盤和公轉(zhuǎn)大刀盤上。
[0010]總動力旋轉(zhuǎn)分配接頭、動力旋轉(zhuǎn)分配接頭、動力旋轉(zhuǎn)接頭和主驅(qū)動馬達的動力種 類可以是液壓、電力、壓縮空氣中的一種或多種。
[0011] 工作時，外殼圈上的三個主驅(qū)動馬達通過傳動齒圈、傳動圓筒帶動公轉(zhuǎn)大刀盤轉(zhuǎn) 動，公轉(zhuǎn)大刀盤上的齒輪孔通過行星輪內(nèi)齒輪帶動行星齒輪盤轉(zhuǎn)動，由于行星齒輪盤與固 定外齒圈嚙合，使得行星齒輪盤既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)。行星齒輪盤上的沖擊錘破巖鉆頭沖擊并旋 轉(zhuǎn)的破碎和掰裂巖石。在公轉(zhuǎn)大刀盤的帶動和固定外齒圈的約束下側(cè)壁整形滾刀既自轉(zhuǎn)又 公轉(zhuǎn)，對側(cè)壁進行輔助整形切削。在公轉(zhuǎn)大刀盤的帶動下，正面整形滾刀對巖石進行輔助破 碎整形?？倓恿πD(zhuǎn)分配接頭、動力旋轉(zhuǎn)分配接頭和動力旋轉(zhuǎn)接頭通過動力管線給沖擊錘 動力組件供給動力，使整個設備連續(xù)作業(yè)。
[0012] 本實用新型的優(yōu)點是：1、行星齒輪盤既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，其上的沖擊錘破巖鉆頭產(chǎn)生 沖擊和旋轉(zhuǎn)效能，由此產(chǎn)生的"沖擊破巖"功能攻克了硬巖高強易脆的特性，特別適應對全 斷面硬巖石進行高效的沖擊破碎并掰裂巖石，減少重復破碎耗能，可實現(xiàn)比"滾刀破巖"更 大的效能、效率和效益；2、每組沖擊錘破巖鉆頭在全斷面上的運動軌跡均連續(xù)、密實、規(guī)則 和穩(wěn)定(如圖8所示)，如根據(jù)需要安裝有限組鉆頭，通過微調(diào)相位設計可以實現(xiàn)各組破巖軌 跡線之間可以避免重合，利于建立破巖凌空面，實現(xiàn)作業(yè)的高能高效；3、側(cè)壁整形滾刀和側(cè) 壁沖擊錘動力組件及鉆頭對側(cè)壁進行輔助整形和加強切削，可以保證全斷面尺寸，并使壁 面規(guī)則有形；4、每組沖擊錘破巖鉆頭的軸線，可設計與其行星輪中心軸線成一定的傾角，以 盡量擴大直接沖擊破碎巖石的面積，還可以采取非等直徑行星輪設計，即過公轉(zhuǎn)中心或偏 公轉(zhuǎn)中心設計，從而減少甚至或取消側(cè)壁整形和中心沖擊錘破巖工作量；5、公轉(zhuǎn)大刀盤 正面安裝的整形滾刀輔助整形工作面，可以提高沖擊錘破碎效率；6、機械傳動結(jié)構(gòu)新穎簡 單，與一般盾構(gòu)機相比，不需要對刀盤施加強大的推進力和扭矩，降低了動力負荷，可充分 發(fā)揮全斷面沖擊破碎硬巖效能的綜合效率和效益，最適應超大直徑盾構(gòu)機械制造的需要； 7、沖擊錘破巖鉆頭可采用復合材料刃具，外形簡單化，整體強度高，破巖韌性好，耐磨性能 優(yōu)，維護頻度低；8、公轉(zhuǎn)大刀盤上的排渣口可以滿足排渣需要；9、其它后端整體配套機構(gòu) 可以沿用盾構(gòu)機已有設備，便于模塊化設計、生產(chǎn)、集成、換用和推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 下面通過具體實施例并結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明：
[0014] 圖1是實施例一剖切了部分外殼圈、傳動圓筒和一個行星輪齒盤后的立體圖
[0015] 圖2是實施例一主視剖面圖
[0016] 圖3是實施例一公轉(zhuǎn)大刀盤俯視圖
[0017] 圖4是實施例一行星齒輪盤的仰視圖
[0018] 圖5是實施例二公轉(zhuǎn)大刀盤布置簡圖
[0019] 圖6是實施例三公轉(zhuǎn)大刀盤布置簡圖
[0020] 圖7是實施例四公轉(zhuǎn)大刀盤布置簡圖
[0021] 圖8是沖擊錘破巖鉆頭單點運動軌跡圖
[0022] 1、外殼圈，2、主驅(qū)動馬達，3、傳動齒圈，4、傳動圓筒，5、公轉(zhuǎn)大刀盤，6、齒輪孔，7、 中心孔，8、行星齒輪盤，9、行星輪內(nèi)齒輪，10、中心齒輪，11、固定外齒圈，12、沖擊錘破巖鉆 頭，13、沖擊錘動力組件，14、側(cè)壁整形滾刀，15、安裝軸，16、小齒輪，17、正面輔助整形滾刀， 18、動力管線，19、總動力旋轉(zhuǎn)分配接頭，20、支架，21、動力旋轉(zhuǎn)接頭、22、動力旋轉(zhuǎn)分配接 頭，23、排渣口。
【具體實施方式】
[0023] 實施例一：在圖1、圖2、圖3和圖4中，這種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝 置，包括機械傳動和鉆具兩部分，機械傳動部分包括一個外殼圈1，外殼圈1的內(nèi)側(cè)互成120 度的安裝有三個主驅(qū)動馬達2,主驅(qū)動馬達2通過輸出軸上的齒輪和傳動齒圈3相嚙合，傳 動齒圈3固定在傳動圓筒4的后方，傳動圓筒4安裝在外殼圈1內(nèi)，與外殼圈1同軸，傳動 圓筒4前方固定有公轉(zhuǎn)大刀盤5。公轉(zhuǎn)大刀盤5上有三個互成120度的齒輪孔6,公轉(zhuǎn)大刀 盤5中間還有一個中心孔7。在三個齒輪孔中安裝有行星齒輪盤8,行星齒輪盤8內(nèi)固定有 三個互成120度的行星輪內(nèi)齒輪9,行星輪內(nèi)齒輪9和齒輪孔6相嚙合，公轉(zhuǎn)大刀盤5轉(zhuǎn)動 時，通過行星輪內(nèi)齒輪9帶動行星齒輪盤8公轉(zhuǎn)。三個行星齒輪盤8的中間安裝有中心齒 輪10,中心齒輪10與公轉(zhuǎn)大刀盤5的中心孔7同軸，中心齒輪10同時和三個行星齒輪盤8 嚙合，三個行星齒輪盤8的外周和固定外齒圈11嚙合，固定外齒圈11固定在外殼圈1上。 固定外齒圈11與公轉(zhuǎn)大刀盤5滑動配合，以傳遞外殼圈1上的整體縱向推進力。在公轉(zhuǎn)大 刀盤5上還均勻的布置有三個排渣口 23。
[0024] 鉆具部分包括沖擊錘破巖鉆頭12、側(cè)壁輔助整形滾刀14和正面輔助整形滾刀17。
[0025] 在行星輪內(nèi)齒輪9的輪軸中同軸安裝有沖擊錘破巖鉆頭12,輪軸的后部安裝有沖 擊錘動力組件13,在中心齒輪10的輪軸中穿過中心孔7也同軸安裝有沖擊錘破巖鉆頭12， 輪軸的后部也安裝有沖擊錘動力組件13。在每個排渣口 23旁邊的公轉(zhuǎn)大刀盤5上布置有 一個沖擊錘破巖鉆頭12和相應的沖擊錘動力組件13,行星輪內(nèi)齒輪9的輪軸和中心齒輪 10的輪軸均為內(nèi)空六方套，與沖擊錘破巖鉆頭12的外六方形鉆桿相配合，帶動其旋轉(zhuǎn)。
[0026] 在公轉(zhuǎn)大刀盤5的前端面上，在排渣口 23兩側(cè)安裝有側(cè)壁輔助整形滾刀14和側(cè) 壁沖擊錘動力組件13及鉆頭12,側(cè)壁輔助整形滾刀的安裝軸15后端有小齒輪16和固定外 齒圈11嚙合。
[0027] 在公轉(zhuǎn)大刀盤5的前端面上，在側(cè)壁輔助整形滾刀14與中心孔7之間安裝有正面 輔助整形滾刀17。
[0028] 三個行星齒輪盤8和中心齒輪10以及三個排渣口 23邊上的共13個沖擊錘動力 組件13后部有動力旋轉(zhuǎn)接頭21,動力旋轉(zhuǎn)接頭21通過動力管線18與動力旋轉(zhuǎn)分配接頭 22和總動力旋轉(zhuǎn)分配接頭19相通，總動力旋轉(zhuǎn)分配接頭19和動力旋轉(zhuǎn)分配接頭22通過支 架20分別固定在行星齒輪盤8和公轉(zhuǎn)大刀盤5上。
[0029] 動力旋轉(zhuǎn)接頭21、動力旋轉(zhuǎn)分配接頭22、總動力旋轉(zhuǎn)分配接頭19和主驅(qū)動馬達2 的動力種類在本實施例中為液壓。
[0030] 在圖1-4的實施例一中，是三個相等的行星齒輪盤、一個中心齒輪和三個排渣口 的組合。
[0031] 在圖5的實施例二中，是兩個相等的行星齒輪盤和兩個排渣口的組合。
[0032] 在圖6的實施例三中，是兩個不相等的行星齒輪盤和兩個排渣口的組合。
[0033] 在圖7的實施例四中，是一個行星齒輪盤和一個排渣口的組合。
[0034] 上述二、三、四實施例中，其余結(jié)構(gòu)都和實施例一相同。
[0035] 圖8是沖擊錘破巖鉆頭單點運動軌跡圖，是本實用新型的核心點，與傳統(tǒng)的掘進 (盾構(gòu)）機的鉆具所走的同心圓的軌跡完全不同，大大提高了對硬巖的切削效率。
[0036] 由于篇幅所限，我們不可能窮盡所有的組合方式，只能例舉上述幾種，但凡是行星 齒輪盤與固定外齒圈嚙合并在其內(nèi)運動的有關沖擊破碎或切削的實用新型，都在本專利申 請的保護之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置，包括機械傳動和鉆具兩部分，其特征 在于，機械傳動部分包括一個外殼圈，外殼圈的內(nèi)側(cè)互成120度安裝有三個主驅(qū)動馬達；主 驅(qū)動馬達通過輸出軸上的齒輪和傳動齒圈相哨合，傳動齒圈固定在傳動圓筒的后方，傳動 圓筒安裝在外殼圈內(nèi)，與外殼圈同軸，傳動圓筒前方固定有公轉(zhuǎn)大刀盤；公轉(zhuǎn)大刀盤上有 1-3個齒輪孔，在齒輪孔中安裝有行星齒輪盤，行星齒輪盤內(nèi)固定有三個互成120度的行星 輪內(nèi)齒輪，行星輪內(nèi)齒輪和齒輪孔相嚙合，公轉(zhuǎn)大刀盤轉(zhuǎn)動時，通過行星輪內(nèi)齒輪帶動行星 齒輪盤公轉(zhuǎn)；行星齒輪盤的外周和固定外齒圈哨合，固定外齒圈固定在外殼圈上；固定外 齒圈與公轉(zhuǎn)大刀盤滑動配合，以傳遞外殼圈上的整體縱向推進力；在公轉(zhuǎn)大刀盤上還布置 有1-3排渣口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置，其特征在于， 鉆具部分包括沖擊錘破巖鉆頭、側(cè)壁輔助整形滾刀和正面輔助整形滾刀； 在行星輪內(nèi)齒輪的輪軸中同軸安裝有沖擊錘破巖鉆頭，輪軸的后部安裝有沖擊錘動力 組件，行星輪內(nèi)齒輪的輪軸為內(nèi)空六方套，與沖擊錘破巖鉆頭的外六方形鉆桿相配合，帶動 其旋轉(zhuǎn)； 在公轉(zhuǎn)大刀盤前端面上，安裝有側(cè)壁整形滾刀，側(cè)壁整形滾刀的安裝軸后端有小齒輪 和固定外齒圈嚙合； 在公轉(zhuǎn)大刀盤前端面上，在行星齒輪盤和側(cè)壁整形滾刀之間安裝有正面整形滾刀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置，其特征在于， 在行星齒輪盤的沖擊錘動力組件后部有動力旋轉(zhuǎn)接頭，動力旋轉(zhuǎn)接頭通過動力管線、動力 旋轉(zhuǎn)分配接頭和總動力旋轉(zhuǎn)分配接頭相連接，動力旋轉(zhuǎn)分配接頭和總動力旋轉(zhuǎn)分配接頭， 通過支架分別固定在行星齒輪盤和公轉(zhuǎn)大刀盤上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置，其特征在于， 總動力旋轉(zhuǎn)分配接頭、動力旋轉(zhuǎn)分配接頭、動力旋轉(zhuǎn)接頭和主驅(qū)動馬達的動力種類可以是 液壓、電力、壓縮空氣中的一種或多種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置，其特征在于， 包括機械傳動和鉆具兩部分，機械傳動部分包括一個外殼圈（1)，外殼圈（1)的內(nèi)側(cè)互成 120度的安裝有三個主驅(qū)動馬達（2)，主驅(qū)動馬達（2)通過輸出軸上的齒輪和傳動齒圈（3) 相嚙合，傳動齒圈（3)固定在傳動圓筒（4)的后方，傳動圓筒（4)安裝在外殼圈（1)內(nèi)，與外 殼圈（1)同軸，傳動圓筒（4)前方固定有公轉(zhuǎn)大刀盤（5);公轉(zhuǎn)大刀盤（5)上有三個互成120 度的齒輪孔（6)，公轉(zhuǎn)大刀盤（5)中間還有一個中心孔（7);在三個齒輪孔中安裝有行星齒 輪盤（8),行星齒輪盤（8)內(nèi)固定有三個互成120度的行星輪內(nèi)齒輪（9),行星輪內(nèi)齒輪（9) 和齒輪孔（6)相嚙合，公轉(zhuǎn)大刀盤（5)轉(zhuǎn)動時，通過行星輪內(nèi)齒輪（9)帶動行星齒輪盤（8) 公轉(zhuǎn)；三個行星齒輪盤（8)的中間安裝有中心齒輪（10)，中心齒輪（10)與公轉(zhuǎn)大刀盤（5)的 中心孔（7)同軸，中心齒輪（10)同時和三個行星齒輪盤（8)嚙合，三個行星齒輪盤（8)的外 周和固定外齒圈（11)哨合，固定外齒圈（11)固定在外殼圈（1)上；固定外齒圈（11)與公轉(zhuǎn) 大刀盤（5)滑動配合，以傳遞外殼圈（1)上的整體縱向推進力；在公轉(zhuǎn)大刀盤（5)上還均勻 的布置有三個排渣口（23)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置，其特征在于， 鉆具部分包括沖擊錘破巖鉆頭（12)、側(cè)壁輔助整形滾刀（14)和正面輔助整形滾刀（17); 在行星輪內(nèi)齒輪（9)的輪軸中同軸安裝有沖擊錘破巖鉆頭（12)，輪軸的后部安裝有沖 擊錘動力組件（13)，在中心齒輪（10)的輪軸中穿過中心孔（7)也同軸安裝有沖擊錘破巖鉆 頭（12)，輪軸的后部也安裝有沖擊錘動力組件（13);在每個排渣口（23)旁邊的公轉(zhuǎn)大刀盤 (5)上布置有一個沖擊錘破巖鉆頭（12)和相應的沖擊錘動力組件（13)，行星輪內(nèi)齒輪（9) 的輪軸和中心齒輪（10)的輪軸均為內(nèi)空六方套，與沖擊錘破巖鉆頭（12)的外六方形鉆桿 相配合，帶動其旋轉(zhuǎn)； 在公轉(zhuǎn)大刀盤（5)的前端面上，在排渣口（ 23)兩側(cè)安裝有側(cè)壁輔助整形滾刀（14)和側(cè) 壁沖擊錘動力組件（13)及鉆頭（12)，側(cè)壁輔助整形滾刀的安裝軸（15)后端有小齒輪（16) 和固定外齒圈（11)嚙合； 在公轉(zhuǎn)大刀盤（5)的前端面上，在側(cè)壁輔助整形滾刀（14)與中心孔（7)之間安裝有正 面輔助整形滾刀（17)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置，其特征在于， 三個行星齒輪盤（8)和中心齒輪（10)以及三個排渣口（23)邊上的共（13)個沖擊錘動力 組件（13)后部有動力旋轉(zhuǎn)接頭（21),動力旋轉(zhuǎn)接頭（21)通過動力管線（18)與動力旋轉(zhuǎn)分 配接頭（22)和總動力旋轉(zhuǎn)分配接頭（19)相通，總動力旋轉(zhuǎn)分配接頭（19)和動力旋轉(zhuǎn)分配 接頭（22)通過支架（20)分別固定在行星齒輪盤（8)和公轉(zhuǎn)大刀盤（5)上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置，其特征在于， 動力旋轉(zhuǎn)接頭（21)、動力旋轉(zhuǎn)分配接頭（22)、總動力旋轉(zhuǎn)分配接頭（19)和主驅(qū)動馬達（2) 的動力種類為液壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大直徑全斷面沖擊破碎硬巖的刀盤裝置，其特征在于， 是兩個相等的行星齒輪盤和兩個排渣口的組合，或是兩個不相等的行星齒輪盤和兩個排渣 口的組合，或是一個行星齒輪盤和一個排渣口的組合。
【文檔編號】E21D9/11GK204082159SQ201420528726
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】張昌平 申請人:張昌平