[发明专利]一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法

说明书

本发明公开了一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法，适用于盾构机使用。包括中心刀盘和多圈相互独立驱动旋转的圆环形刀盘，圆环形刀盘分别由多个驱动装置独立驱动而绕固定在盾构机上的可伸缩副轴旋转。盾构机主轴仅需驱动中心刀盘旋转，大大降低了主轴的强度及驱动力需求，有利于扩大盾构整体刀盘直径，根据隧道直径和工程地质条件调整圆环形刀盘的宽度和组装数量，可形成不同直径的盾构刀盘，同时根据需要调整不同圆环形刀盘环绕的可伸缩副轴和驱动装置的数量和强度要求，满足不同地层地质条件的需求。通过调节可伸缩副轴的长度调整不同圆环形刀盘的推进行程和角度，不同圆环形刀盘的转向及转速均可单独调整，有效提高破岩效率。

技术领域

本发明涉及一种盾构刀盘及工作方法，尤其适用于盾构机上使用的一种多圈圆环组装式盾构刀盘及工作方法。

背景技术

隧道工程建设中，盾构机因具有掘进速度快、形成隧道结构质量好、安全性高以及对地面建筑物影响小等优势已被广泛地应用，依靠主轴驱动旋转的盾构刀盘是盾构机的关键设备。随着隧道断面的扩大，直径越来越大的盾构刀盘受到前方的阻力会明显增加，需要主轴提供更大的驱动力和更高的强度，所以大直径盾构主轴的损坏是限制盾构刀盘直径扩大的关键因素。此外，当盾构机掘进过程中遇到断面小于盾构刀盘面积的孤石等特殊情况，孤石会随着刀盘的旋转而移动，造成无法有效破碎孤石，影响盾构机的正常推进施工。通过独立驱动和固定的多圈圆环形刀盘组装形成盾构刀盘，可减小盾构主轴的受力和驱动力需求，而且不同圆环形刀盘推进进程和角度的调整，可以卡住刀盘前方的孤石，从而利于孤石的破碎。

发明内容

为实现上述技术目的，提供一种由中心刀盘和多圈相互独立的圆环形刀盘组装而成，中心刀盘由盾构机的主轴驱动，而不同的圆环形刀盘分别独立由多个驱动装置驱动而绕固定在盾构机上的可伸缩副轴独立旋转，其结构简单，使用方便，针对不同的掘进情况都能做出的对应的调整以提高盾构掘进的效率。

为实现上述技术目的，本发明的多圈圆环组装式盾构刀盘，包括中心刀盘，中心刀盘外侧设有多层相互独立的圆环形刀盘，多层圆环形刀盘之间留有不会互相干扰的间隙，相邻的圆环形刀盘之间留有间隙，所述中心刀盘的圆心处与盾构机的主轴驱动连接，所述圆环形刀盘为环状结构，每个圆环形刀盘的内环处设有尺寸相同的外齿圈，外环处设有尺寸相同的内齿圈，内齿圈和外齿圈通过多个传动装置与设置在盾构机上的多个驱动装置相连接，多个传动装置通过分别啮合内齿圈和外齿圈从而支撑和驱动各个圆环形刀盘转动。

进一步，所述传动装置为传动齿轮，传动齿轮与圆环形刀盘上设置的内齿圈和外齿圈相互啮合，实现圆环形刀盘的支撑和驱动；每个传动装置分别与一个驱动装置连接，传动装置与驱动装置之间连接有可伸缩副轴，可伸缩副轴上设有驱动马达。

进一步，根据需要，所述所有的传动齿轮同时与圆环形刀盘的内齿圈和外齿圈啮合；或者部分传动齿轮单独与圆环形刀盘的内齿圈啮合，部分动齿轮单独与圆环形刀盘的外齿圈啮合，分别与内齿圈或者外齿圈啮合的传动齿轮以圆心为中心相对设置；传动齿轮与内齿圈和或外齿圈啮合的方式根据圆环形刀盘的尺寸以及传动齿轮的齿比决定，若圆环形刀盘的宽度远大于传动齿轮的宽度，或者需要圆环形刀盘的内齿圈和外齿圈与传动齿轮构成大齿比，则使用后一种方法进行啮合；反之若圆环形刀盘的宽度与传动齿轮的宽度接近，则可以使传动齿轮同时啮合内齿圈和外齿圈以提高传动效率。

一种使用上述任一权利要求所述多圈圆环组装式盾构刀盘的工作方法，其步骤为：

a.根据隧道直径和工程地质条件调整圆环形刀盘的宽度和组装数量，在圆环形刀盘上完成刀具的布置；根据需求调整所使用的各个圆环形刀盘连接驱动装置的数量，然后在每个驱动装置上设置可伸缩副轴，可伸缩副轴的强度根据需要选择；

b.在工作井中将中心刀盘安装在盾构机的主轴上，将多个圆环形刀盘通过传动装置与对应的可伸缩副轴连接，实现驱动装置与传动齿轮的连接，并完成调试工作；