[发明专利]基于液体粘性传动的盾构机刀盘驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种盾构机刀盘驱动系统，特别涉及一种采用电机驱动并基于液体粘性传动的盾构机的刀盘驱动系统。

背景技术

从远古人类挖掘山洞作为最早的栖息地以来，人类一直向地下发展生存空间。随着社会的发展，城市规模不断扩大，人口的急剧膨胀，人类对空间的需求不断增长，地表空间的有限性促使人类不仅仅探索外太空，同时也把空间拓展的目光引向地球内部空间，地下空间作为人类唾手可得的资源已摆在我们面前。利用地下空间开发进行道路交通和运输建设成为交通运输行业的一个建设热点。长期的人类社会发展过程中，人类的隧道掘进技术也有了飞速地发展，现在越来越多的隧道掘进采用大型盾构机进行全自动挖掘。盾构机全名叫隧道掘进机（Tunnel Boring Machine），是一种现代隧道掘进的专用工程机械，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构隧道掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程，并成为现代隧道掘进的主要力量。

刀盘是盾构机的重要组成部分, 是进行掘进作业的主要工作装置。虽然盾构机的刀盘工作转速不高, 但由于地质构造复杂、刀盘作业直径较大, 要求刀盘的驱动系统需具备: 大功率、大转矩输出、抗冲击、转速双向连续可调, 在满足使用要求的前提下减小装机功率、提高运行可靠性、具有节能降耗等工作特点。目前盾构机的刀盘驱动系统普遍采用电机驱动方式和液压驱动方式，电机驱动方式又分为变频电机驱动和定速电机驱动，电机驱动方式具有驱动功率大、驱动效率高、驱动扭矩冗余量大、工作稳定性好的优点，因此被广泛用于大型隧道和地下掩体的挖掘。然而，现有采用电机驱动的盾构机采用普通湿式离合器进行电机动力传递控制，而普通湿式离合器只能工作在开关状态，导致加载时冲击较大，在地质条件复杂——例如遇到硬岩层与软土层交叉的复合地层时，刀盘承受巨大的切削扭矩变化，极易造成刀盘卡死，进而导致电机卡死而损伤电机和主轴承的状况。在实际挖掘工程中，由于盾构机刀盘电机烧毁的情况非常频繁，导致挖掘成本高居不下、挖掘效率也较为低下。液压驱动方式的盾构机刀盘驱动系统具有体积小、抗冲击能力和过载保护性能好的优点，但是液压驱动方式的劣势比较明显，即驱动功率不大，只能应用于软土等土质较为松软的。因此如何改进电机驱动式盾构机刀盘驱动系统，提高其抗冲动能力和过载保护性能，解决电机易卡死损伤的问题，成为了业界亟待攻克的课题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于液体粘性传动的盾构机刀盘驱动系统。本发明具有无级调速、驱动功率大、抗冲击能力优越和过载保护性能好的特点。

本发明的技术方案：一种基于液体粘性传动的盾构机刀盘驱动系统，包括多组电机，电机经输入轴连接有传动机构，传动机构经输出轴连接有行星小齿轮；多组行星小齿轮啮合行星大齿轮，行星大齿轮驱动刀盘旋转；所述的传动机构包括固定在输入轴上的主动鼓和固定在输出轴上的壳体，主动鼓和壳体密封固定，且该密封腔内设有与输出轴固定的被动鼓；所述的主动鼓上设有多组主摩擦片，被动鼓上设有多组副摩擦片，且主摩擦片与副摩擦片交叉设置；所述的密封腔内还设有一活塞腔，活塞腔内设置一活塞，通过活塞带动主摩擦片移动，改变主摩擦片与副摩擦片的间隙，从而控制传动机构的传动比。

上述的基于液体粘性传动的盾构机刀盘驱动系统中，所述的粘性传动装置的油路系统包括控制油路和润滑油路；所述的控制油路经设置在输入轴上的控制油口连通活塞腔，向活塞腔流入控制油推动活塞带动主摩擦片；所述的润滑油路经开设在输出轴上的润滑油口连通密封腔，充满密封腔内主摩擦片和副摩擦片的间隙，提供主摩擦片和副摩擦片的油膜剪切力，并冷却主摩擦片和副摩擦片。

前述的基于液体粘性传动的盾构机刀盘驱动系统中，所述的控制油路经控制油流经方向依次包括油箱、粗过滤器、齿轮泵、精过滤器、手动换向阀和电液比例压力阀，电液比例压力阀经油路与控制油口相连，所述的精过滤器与手动换向阀之间还连接有一控制油溢流阀。

前述的基于液体粘性传动的盾构机刀盘驱动系统中，所述的手动换向阀经另一油路还连接有一手动比例压力阀，手动比例压力阀经油路与控制油口相连。

前述的基于液体粘性传动的盾构机刀盘驱动系统中，所述的电液比例压力阀包括阀体，阀体内设有阀腔，阀腔的一侧从左至右设有溢流腔、出油孔和进油腔，阀腔的另一侧从左至右设有溢流孔、出油腔和进油孔；阀腔内设有阀芯，阀芯内设有依次连通的液阻孔、阀芯腔和通油道，所述的液阻孔与进油腔相连，所述的通油道与阀腔相连；所述阀芯的进油孔侧设有阀芯块，阀芯块与进油孔之间形成小开口。