CN105387143A - 盾构机双区式分流输出风冷少齿差减速箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及盾构机减速技术领域，一种盾构机双区式分流输出风冷少齿差减速箱，包括立式机座、内圆筒及传动件，其特征在于：内圆筒为双区式薄壁圆筒，包括啮合区与非啮合区，啮合区内径比非啮合区小40～80mm，啮合区外法兰与立式机座内法兰连接，非啮合区圆环壁与立式机座外法兰连接，立式机座内表面与啮合区外表面围接成密闭的夹层，非啮合区置于立式机座输入端之外，立式机座顶部设有进风口，底部设出风口，非啮合区底部设蝶阀，非啮合区内设有油温传感器，输出轴齿轮与刀盘大齿圈间有两分流齿轮。有益效果：提高热功率；油中杂质会滑入非啮合区油池中，因此可定期将油中铁粉取出；油温传感器随时了解油温变化；承载力提高一倍因而减速箱可减半。

Description

盾构机双区式分流输出风冷少齿差减速箱

技术领域

本发明涉及土压平衡盾构机专用减速技术领域，是《土压平衡盾构机摆线减速器》ZL201110091247.5的改进，一种盾构机双区式分流输出风冷少齿差减速箱。

本发明在减速箱输出传动齿轮与盾构机刀盘大齿圈之间引入了两只分流齿轮，使减速箱承载力提高一倍，因而可减半装配，节省了一笔可观的进口三级行星减速器的外汇支出。

背景技术

国家863“全断面掘进机关键技术”子课题《土压平衡盾构机大功率减速器》，长期以来掌握在德国海瑞克、维尔特、美国罗宾斯和日本三菱等公司手中。

土压平衡盾构机是当前世界上最先进隧道施工机械，而《减速器》则是盾构机的核心部件，我国长期依赖进口。土压平衡盾构机价格几千万，常年在户外恶劣环境中工作，因此与之配套减速器的最大困难在于必须使用可靠、寿命长及高度轻量化(小体积、大扭矩)。

国外《土压平衡盾构机大功率减速器》采用的三级行星串联结构，国外产品的轻量化程度远高于国内现有行星减速器。例如，某公司承担的《土压平衡盾构机大功率减速器》国家863计划(2007～2010)，其结构与参数仿自国外产品：第一级25-20-65、第二级27-21-69、第三级24-24-72，输出转速n＝10.64rpm、输出扭矩T＝76237Nm，样机外型Φ570×900、重量1012kg，分别为NBD-560型二级行星减速器的61％与55％(见于重庆大学博士论文《基于土压平衡盾构机的大功率减速器数值仿真分析》)。

本发明人的发明专利《土压平衡盾构机摆线减速器》ZL201110091247.5比之国家863项目《用于土压平衡盾构机的大功率三级行星减速器》(200810231114.1)，其有益效果是：轴向尺寸比三级行星减速器缩短45～55％、制造成本低。

发明内容

本发明是《土压平衡盾构机摆线减速器》ZL201110091247.5的改进，一种盾构机双区式分流输出风冷少齿差减速箱，其目的是：可减半装配减速箱；提高热功率；可定期清除潤滑油中的铁质粉末，延长使用寿命及油温传感器实现油温报警。

本发明采用单级摆线取代三级行星减速的有益效果是缩短轴向尺寸、结构简单、成本降低。理论依据是：《齿轮手册》(上)8-3页：摆线η＝0.93～0.95；朱孝录《齿轮传动设计手册》6页、《齿轮手册》上1-12页；摆线效率η＝0.9～0.98≈0.94。

研究发现，我的发明《土压平衡盾构机摆线减速器》ZL201110091247.5忽视了一个最重要的《热功率》问题，发明专利中没有涉及解决减速器热功率的技术方案，论文《土压平衡盾构行星减速器热平衡分析及温升控制研究》(15页)指出：

“盾构机行星减速器传递功率大，体积小，且在封闭的地下施工，散热条件差，若产生的热量不能及时耗散到周围环境中，会导致润滑油温过高，使齿轮胶合失效。”

论文63页：“土压平衡盾构行星减速器处于封闭空间，采用何种方法将产生的热及时耗散掉，对保证盾构机正常运行具有重要意义。”

为了实现发明专利的目的，本发明采用如下技术方案：

本发明采用如下技术方案：

(技术方案一)内圆筒为双区式薄壁圆筒，包括啮合区与非啮合区，其中啮合区从立式机座1输入端装进，啮合区法兰圈与立式机座内法兰圈连接，非啮合区置于立式机座之外，非啮合区的圆环壁与立式机座外法兰圈连接，立式机座内表面与啮合区外表面围接成密闭的夹层，立式机座顶部设有进风口，立式机座的底部设有出风口，啮合区的内径比非啮合区的内径小30mm～60mm，将盾构机供风系统的风引入箱体密闭夹层，密闭夹层冷却容量大，提高热功率的效果远优于外吹式；

(技术方案二)双区式薄壁圆筒啮合区输出端中心孔内用第二、三轴承支承输出轴，啮合区的输入端内孔连接内齿圈，因而啮合区是力的作用区，双区式薄壁圆筒的油池在啮合区与非啮合区内腔交接处形成落差，落差的有益效果是，传动件啮合区中混入润滑油的铁屑、细小杂质会从啮合区油池源源不断“滑入”非啮合区的油池中，非啮合区输入端连接大端盖；

(技术方案三)双区式薄壁圆筒的非啮合区底部设有蝶阀，蝶阀包括阀杆与非啮合区底部的圆形通道，阀杆上连接的圆形蝶板可在圆形通道中转动，圆形通道的端部设有油杯，油杯内有磁性物，转动阀杆-圆形蝶板，可定期将混在潤滑油中的铁质粉末取出；

(技术方案四)非啮合区内设有油温传感器，监管人员随时了解减速箱油温变化；

(技术方案五)传动齿轮与两侧分流齿轮啮合，分流齿轮与回转刀盘大型内齿圈啮合。本发明所采用的技术方案的理论依据如下：

(A)博士论文《土压平衡盾构行星减速器热平衡分析及温升控制研究》为风冷却提高热功率提供了理论依据。论文指出：

“76页：风速对行星轮系的热平衡具有重要影响，随着冷却风速的加大，行星传动系统热平衡时间缩短，当风速分别为10m/s与14m/s时，则热平衡时间分别为6小时与4.5小时。”

“93页：隧道内的风速可通过盾构机供风系统进行调节，因此本论文提出用风速调控盾构机行星减速器温升。”；

(B)理论研究表明，传动中的啮合副，出现齿面损耗是不可避免的：

(a)上海机械学院《机械设计基础》上103页：“齿轮传动装备使用一段时间后拆下可发现轮齿表面出现磨损痕迹，特别在润滑较差或润滑油不纯洁的条件下，磨损现象更为明显，轮齿根部磨损较顶部严重，小齿轮磨损又较大齿轮严重。磨损是由于接触面之间有作用力和相对滑动造成的。…齿廓间有了相对滑动长度ΔS，表明齿廓要磨损。”

(b)朱孝录《齿轮传动设计手册》94页：在动力齿轮传动中，轮齿表面由于滑动磨损、腐蚀、过热等等，因而出现齿面损耗是不可避免的。

(C)蝶阀是用圆形蝶板作启闭件并随阀杆转动来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。蝶阀的蝶板安装于管道的直径方向。在蝶阀阀体圆柱形通道内，圆盘形蝶板绕着阀杆轴线旋转，旋转角度为0°～90°，旋转到90°时，阀门则全开。

有益技术效果本发明能产生下述为本领域技术人员所知的有益技术效果；

(1)分流啮合副使减速箱承载力提高一倍，因而可减半装配减速箱节省外汇；

(2)将盾构机供风系统的风引入箱体密闭夹层，密闭夹层冷却容量大、散热面积遍及整个箱体、调节方便、可靠性高、制造成本低，最主要的是提高热功率的效果远优于外吹式；

(3)双区式薄壁圆筒在啮合区与非啮合区交接处形成一落差，落差的有益效果是混入润滑油中的铁屑、细小杂质会从啮合区油池“滑入”非啮合区的油池中；

(4)可定期将混在潤滑油中的铁质粉末取出，油温传感器，随时了解减速箱油温变化；

附图说明

图1本发明实施例结构示意图

图2本发明系五减速箱《输出传动齿轮-分流齿轮-盾构机刀盘大齿圈》十分流原理图

具体实施方式下面结合附图对本发明详加描述：

参照图1，一种盾构机双区式分流输出风冷少齿差减速箱，包括立式机座1、内圆筒及设在内圆筒内的传动件，传动件包括输入轴11、输出轴4、行星轮、柱销5、内齿圈8及设在输入轴11轴伸端、支承行星轮的双偏心轴承10，所述输入轴11用第一轴承13支承在大端盖14内孔，所述输出轴4轴伸端连接与盾构机回转刀盘大型内齿圈啮合的传动齿轮12，所述行星轮四片相同，包括两侧相位相同的行星轮9与中间两片相位相同的行星轮6，两侧行星轮9与中间摆线轮6相位差180°，所述柱销5的一端紧配在输出轴4圆盘上，柱销5的另一端紧配均载环15，柱销5上设的三相同均载圈16分别置于两两摆线轮间，其特征在于：

所述内圆筒为双区式薄壁圆筒2，包括啮合区与非啮合区，所述啮合区的内径比非啮合区的内径小40mm～80mm，所述啮合区外法兰圈与立式机座1内法兰圈连接紧固，所述非啮合区的圆环壁与立式机座1外法兰圈连接紧固，所述立式机座1内表面与啮合区外表面围接成密闭的夹层，所述非啮合区置于立式机座1输入端之外，所述立式机座1顶部设有进风口18，立式机座1的底部设有出风口19，密闭夹层冷却容量大、散热面积遍及整个箱体、调节方便、可靠性高、成本低，提高热功率的效果远优于外吹式；

所述双区式薄壁圆筒2啮合区输出端中心孔内用第二、三轴承3、7支承输出轴4，啮合区的输入端内孔连接内齿圈8，因而啮合区是力的作用区，双区式薄壁圆筒2的油池在啮合区与非啮合区内腔交接处形成落差，落差的效果；混入油中的铁屑、细小杂质会从啮合区油池源源不断“滑入”非啮合区油池中，从而最大程度上保证了啮合区润滑油的清洁度，清洁的润滑油是减速机运转的很重要因素，非啮合区输入端连接大端盖14；

所述双区式薄壁圆筒2的非啮合区底部设有蝶阀，蝶阀包括阀杆17与非啮合区底部的圆形通道21，阀杆17上连接的圆形蝶板可在圆形通道21中转动，圆形通道21的端部连接可拆卸油杯20，油杯20内有磁性物，蝶阀是用圆形蝶板作启闭件并随阀杆转动来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门，蝶阀的蝶板安装于管道的直径方向，在蝶阀阀体圆柱形通道内，圆盘形蝶板绕着阀杆轴线旋转，旋转角度为0°～90°，旋转到90°时，阀门则全开，因而可定期将混在潤滑油中的铁质粉末取出：转动阀杆-圆形蝶板关闭非啮合区油池圆通道，拆下油杯，倒出油杯中磁性物吸附的铁质粉末；

所述双区式薄壁圆筒2的非啮合区内设有油温传感器，油温传感器G如人的眼晴，注视十几米高的齿轮箱内油温变化，油温是减速器正常运转的一个很重要因素，这是因为：齿轮磨损至一定时油温会开始升高；轴承磨损至一定时油温会开始升高；箱体内油量减少时油温会开始升高；轴承磨损说明润滑油变脏，润滑油变脏说明润滑油中混入脏物，包括铁粉与泥粉，铁粉意味齿轮开始磨损；油温升高使油粘度降低、油变稀，润滑性能受影响；

所述双区式薄壁圆筒2的非啮合区顶部设迷宫式通气罩M。

所述的盾构机双区式分流输出风冷少齿差减速箱，其特征在于；所述传动齿轮12与其两侧相同的第一、二分流齿轮22、24啮合，所述第一、二分流齿轮22、24与盾构机回转刀盘大型内齿圈啮合。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种盾构机双区式分流输出风冷少齿差减速箱，包括立式机座(1)、内圆筒及设在内圆筒内的传动件，传动件包括输入轴(11)、输出轴(4)、行星轮、柱销(5)、内齿圈(8)及设在输入轴(11)轴伸端、支承行星轮的双偏心轴承(10)，输入轴(11)用第一轴承(13)支承在大端盖(14)内孔，输出轴(4)轴伸端连接传动齿轮(12)，行星轮四片相同，包括两侧相位相同的行星轮(9)与中间两片相位相同的行星轮(6)，两侧行星轮(9)与中间行星轮(6)相位差180°，所述柱销(5)的一端紧配在输出轴(4)圆盘上，柱销(5)的另一端紧配均载环(15)，柱销(5)上设的三相同均载圈(16)分别置于两两行星轮间，其特征在于：

所述内圆筒为双区式薄壁圆筒(2)，包括啮合区与非啮合区，所述啮合区的内径比非啮合区的内径小40mm～80mm，所述啮合区外法兰圈与立式机座(1)内法兰圈连接紧固，所述非啮合区的圆环壁与立式机座(1)外法兰圈连接紧固，所述立式机座(1)内表面与啮合区外表面围接成密闭的夹层，所述非啮合区置于立式机座(1)输入端之外，所述立式机座(1)顶部设有进风口(18)，立式机座(1)的底部设有出风口(19)；

所述双区式薄壁圆筒(2)啮合区输出端中心孔内用第二、三轴承(3、7)支承输出轴(4)，啮合区的输入端内孔连接内齿圈(8)，因而啮合区是力的作用区，双区式薄壁圆筒(2)的油池在啮合区与非啮合区内腔交接处形成落差，非啮合区输入端连接大端盖(14)；

所述双区式薄壁圆筒(2)的非啮合区底部设有蝶阀，蝶阀包括阀杆(17)与非啮合区底部的圆形通道(21)，阀杆(17)上连接的圆形蝶板可在圆形通道(21)中转动，圆形通道(21)的端部连接可拆卸油杯(20)，油杯(20)内有磁性物；

所述双区式薄壁圆筒(2)的非啮合区内设有油温传感器，所述双区式薄壁圆筒2的非啮合区顶部设迷宫式通气罩M。

2.根据权利要求1所述的盾构机双区式分流输出风冷少齿差减速箱，其特征在于：所述传动齿轮(12)与其两侧相同的第一、二分流齿轮(22、24)啮合，所述第一、二分流齿轮(22、24)与盾构机回转刀盘大型内齿圈啮合。