专利名称：全断面行星掘进机的制作方法
技术领域：
本发明是采用行星结构的全断面行星掘进机。适用于城市地下管道设施、地铁、隧道及其它地下工程的施工。
就全断面掘进机而言，现有的掘进机都设有一个与所建隧道直径相符的圆筒，在圆筒中心用轴承支撑着一根可绕圆筒中心线转动的转轴，在转轴的后部是马达和传动机构，在转轴的前端固接一个切削转盘，转盘上安装若干固定的切削器或可转动的切削器。由马达驱动转轴，带动前面的转盘转动，进而通过切削器对岩土进行切削。用这样方法设计的掘进机有如CN85104500介绍的遮护式隧道掘削机、CN85104514介绍的屏蔽式隧道挖掘机、CN85107825介绍的防护式隧道掘进机以及CN86100645介绍的掩护支架平硐掘进机。
在上述的全断面掘进机中，它们的圆筒的直径与所建隧道的直径相符，一台掘进机制成后，只能用于挖掘相应直径的隧道。在使用时，需要在挖掘隧道前事先放置好掘进机，当隧道建成后，由于它的圆筒的缘故，拆除、搬运掘进机都会有很多困难。还有一点，在上述的掘进机中，都是由切削转盘转动，带动切削器直接对岩土进行切削，切削的阻力及阻力矩都很大，使得掘进机的构件比较粗大、笨重，并占据很多空间。这对于施工时观察切削状况，更换切削器和维修掘进机都很不利。一般只有大型的掘进机(如直径16米)才能留出足够的空间以便工作人员进行上述工作。挖掘小直径(如直径2米)的隧道则无法使用这种掘进机。
本发明的目的就是提供一种结构合理，使用灵活，安装、维修、拆卸方便的全断面行星掘进机。
本发明的全断面行星掘进机，包括一个由支架直接支撑在隧道管壁上的机座，它的中心线与隧道中心线重合。在机座的前部是一个带有三根可以自转的主刀杆的回转盘，在机座的后部是该掘进机的驱动机构。工作时，在一台马达的驱动下，使主刀杆一面作绕自身轴线的自转，同时由回转盘带动，作绕机座中心线的公转。主刀杆上装有用于切削的刀片，通过主刀杆的自转对岩土进行沿隧道径向的小面积的切削，同时通过主刀杆的公转完成对全部断面的切削。主刀杆用锥柄和斜铁联接在回转盘外部，更换不同长度的主刀杆，就可以切削不同直径的隧道。
下面通过附图对本发明作进一步的说明。
在附图中
图1是本发明结构的纵向剖视图。
图2是本发明的左视图。
图3是图1中线Ⅰ-Ⅰ的剖面图。
图4是实施本发明的施工法示例。
在图1中，机座1由上支架2和下支架3支撑在构成隧道的管件上(参见图4)，在机座1的中心有一根空心转轴4，在空心转轴的前部构成回转盘5，在回转盘5的中心是伞齿轮箱6，沿回转盘5径向按120°等分，装有三根主刀轴7(图中只画一根)，主刀轴7由轴承8支撑在回转盘5内，主刀轴外端从回转盘伸出。
在机座1的后部设有一个行星齿轮箱9，接在其后的是减速器10和驱动马达11。
在机座1的中心线上，贯穿空心转轴4，设置着主轴12。主轴的前端装有一伞齿轮13，在主轴12位于行星齿轮箱9的部分形成一对偏心轮14。
在行星齿轮箱9中，有一对行星轮15，由轴承16支撑在偏心轮14上。行星轮15的外缘有轮齿17。在行星齿轮箱9的壳体18上有一内齿圈19。行星轮15的齿数比内齿圈19的齿数少若干个。这样当偏心轮14转动时，可以驱动行星轮15，使其在内齿圈19上碾压，形成与主轴方向相反的转动。在行星轮15的轮辐上沿周向均匀布置若干销孔20，相当数目的销轴21就插进这些销孔20，销轴的另一端固接在空心转轴4的后端突盘22上。
在回转盘5内的伞齿轮箱6中还有三个伞齿轮23(图中只图一个)分别固接在三根主刀轴7上。主刀轴7沿回转盘5的径向伸出回转盘5，在主刀轴7的外端有锥柄24，主刀杆25就套在锥柄24上并用斜铁26与主刀轴联接在一起。在主刀杆25上用螺钉27固接若干用于切削的刀片28。
工作时，马达11通过减速器10驱动主轴12转动，并通过主轴12分两路传递。在主轴12头部通过伞齿轮13与伞齿轮23的啮合驱动主刀轴7。主刀轴7绕回转盘5的径向转动。同时主轴12通过偏心轮14，驱动行星轮15在内齿圈19上碾压，形成与主轴相反方向的转动，通过销孔20拨动销轴21，进而带动空心转轴4作绕机座1中心线的转动。空心转轴4前端的回转盘5随之转动，使得置于回转盘5上的主刀轴7作绕机座1中心线的公转。
本发明的全断面行星掘进机，就是通过主刀轴7的自转对岩土进行沿隧道径向的小面积的切削;而通过主刀轴7的公转完成对隧道的全断面切削。以小面积切削的积累获得大面积的切削。这即是本发明的特征。
在回转盘5的前端靠近中心位置还布置着若干与回转盘5固接的副刀29(图中只画一个)，用于对隧道中心部分岩土的切削。
在上支架2和下支架3的外端还设有调整螺钉30，用其可调整掘进机的方向。当需调整掘进机向上或向下的方向时，调整上支架的螺钉30;当调整掘进机向左或向右方向时由于调整螺钉的三角形布置，每当调整下支架3的一个调整螺钉30a或30b会伴随产生掘进机的上下位置变动，所以在调整掘进机的左，右方向时，一方面要调整下支架3的一个调整螺钉30a或30b，同时将上支架2的调整螺钉30作相应调整。
图4是实施本发明的施工法示例。
本发明的机座1由上支架2和下支架3支撑在构成隧道的管件31上，由推动管件的液压缸32推动管件，进而推动掘进机向前进给。
从切削面切削下来的岩土落在回转盘5下方，并由装卡在管件头部的铲头33及铲头上的机械手(图中未画出)拢向后方，落在后面的皮带运输机34上，最后由料车(图中未画出)运出隧道。
根据如上所述，由于本发明的全断面行星掘进机是通过主刀杆的自转对岩土进行切削，所以切削阻力半径是切削刀片绕主刀杆的回转半径;而一般的全断面掘进机是通过一个直径与隧道直径相符的切削转盘对岩土进行切削，切削阻力半径是切削转盘的半径，亦即隧道的半径。而这一数值远远大于上述本发明的切削阻力半径。对于切削同样地质的岩土，使用一般掘进机的切削阻力矩远远大于使用本发明的切削阻力矩。用下面的数学式可以清楚地表明两者之间的相互关系现设切削岩土的力为T，使用本发明时主刀片的回转半径为R1，切削阻力矩为M1。隧道的半径为R2，使用一般掘进机的切削阻力矩为M2。则M1＝T×R1，M2＝T×R2∵ R1＜＜R2∴ M1＜＜M2此外，使用本发明的切削阻力也很小。一般掘进机是通过切削盘与切削面的全部断面相接触，实行对岩土的切削，故接触面积即是隧道的断面积;而使用本发明，接触面积只是在切削平面上刀片回转形成的沿隧道径向的一小部分柱形面，这一柱形面的半径是刀片的回转半径，上述的一小部分柱形面积远远小于隧道的断面积。对于切削同样地质的岩土，使用本发明所受到的来自岩土的阻力远远小于使用一般掘进机的阻力。用数学式表示如下设岩土的单位阻力为P(公斤/平方厘米)，使用本发明时刀片形成的一小部分柱形面积为A1，受到的阻力为F1;隧道的断面积为A2，使用一般掘进机受到的阻力为F2，则F1＝P×A1，F2＝P×A2∵ A1＜＜A2∴ F1＜＜F2由于本发明的切削阻力和切削阻力矩都很小。所以使用很小的马达就可驱动，节省能源。由于受力合理，可使本发明的构件结构轻巧，即节省材料，又可节省掘进机在隧道中占据的空间，施工时观察切削状况，维修设备，更换切削刀片都很方便。由于切削阻力小，本发明可用支架支撑在构成隧道的管件上，对作为掘进机推进反作用力支撑物的管件的压力减少。避免由于压力过大而引起的管件崩裂。
本发明的主刀杆是通过锥柄和斜铁安装在主刀轴上的，用手锤敲下斜铁，再将其打入位于锥柄外端的工艺孔中即可将主刀杆沿回转盘径向顶出。只要在隧道的相应位置，挖一个半径略大于主刀片回转半径，深度略大于锥柄长度的洞穴，即可将主刀杆连同其上安装的刀片整体卸下。在停止推进掘进机的情况下，开动掘进机的马达，使回转盘转动120°，即可用同一洞穴卸下第二根主刀杆。重复上述动作，即可把第三根主刀杆卸下。安装新的主刀杆只需逆向完成上述动作。
由于主刀杆可按上述方法整体快速拆卸与安装，所以可以缩短更换刀杆的时间，提高掘进机的工作效率。
由于本发明的主刀杆可以整体更换，同时本发明是通过主刀杆的自转对岩土进行小面积的切削，而通过其公转完成对整个断面的切削，所以更换不同长度的主刀杆，即可挖掘不同直径的隧道，这使本发明具有更大的灵活性。
如图4所示，本发明的全断面行星掘进机是由支架支撑在构成隧道的管件上，拆下上、下支撑。就可将本发明的整体卸下来。由于主刀杆亦可卸下来，本发明体积小，重量轻，所以可以用车将其从隧道中运出。拆卸、运输都很方便。反之，还可以在已铺设管道的隧道中安装本发明。
权利要求
1.一种全断面行星掘进机，适用于城市地下管道设施、地铁、隧道及其它地下工程的施工，其特征在于该机器包括一个机座，一个回转盘，一根位于回转盘内部的主轴，在所述的机座后部有一行星齿轮箱和驱动机构，在回转盘上装有若干主刀轴，在主刀轴上联接装有切削刀片的主刀杆，所述的主轴通过行星齿轮箱将驱动机构的动力传递给回转盘，同时通过主轴头部的伞齿轮将驱动机构的动力传递给主刀杆，主刀杆一面作绕其自身轴线的自转，一面由回转盘带动作绕机座中心线的公转，通过主刀杆的自转对断面上的岩土进行沿隧道径向的小面积的切削；通过主刀杆绕机座中心线的公转，完成对全部断面的切削。
2.根据权利要求1所述的全断面行星掘进机，其特征在于所述的机座由支架支撑在构成隧道的管件上。
3.根据权利要求1所述的全断面行星掘进机，其特征在于所述的回转盘的中心线与机座中心线重合。
4.根据权利要求1所述的全断面行星掘进机，其特征在于所述的回转盘中有一伞齿轮箱。
5.根据权利要求1所述的全断面行星掘进机，其特征在于所述的主刀轴沿回转盘径向布置在回转盘内部。
6.根据权利要求5所述的全断面行星掘进机，其特征在于所述的主刀轴上用锥柄和斜铁联接主刀杆。
7.根据权利要求6所述的全断面行星掘进机，其特征在于所述的主刀杆上用螺钉固接若干切削刀片。
8.根据权利要求1所述的全断面行星掘进机，其特征在于所述的主轴上有一对偏心轮。
全文摘要
适用于地下工程施工的全断面行星掘进机包括一个由支架支撑在隧道管壁上的机座，前部是一个带有三根可以自转的主刀杆的回转盘，后部是行星齿轮箱和驱动机构。工作时由一台马达驱动，使主刀杆一面作绕其自身轴线的自转，同时由回转盘带动作绕机座中心线的公转，主刀杆上装有切削刀片，通过主刀杆的自转对岩土进行沿隧道径向的小面积切削，同时通过主刀杆的公转完成对全部断面的切削。主刀杆可以快速更换，以适合不同直径的隧道施工。
文档编号E21D9/06GK1083897SQ92110139
公开日1994年3月16日 申请日期1992年9月7日 优先权日1992年9月7日
发明者葛维民 申请人:葛维民