[实用新型]TBM刀盘电机惯性飞轮复合驱动装置

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种瞬时大扭矩的获得以及控制技术，尤其涉及全断面岩石隧道掘进机刀盘的脱困技术。

背景技术

刀盘驱动系统是TBM（即全断面岩石隧道掘进机）的核心部件，主要由多个驱动电机或液压马达、行星齿轮减速器、小齿轮及大齿圈、主轴承以及密封冷却系统组成。目前TBM的驱动方式主要有电机驱动和液压驱动，其中电机驱动包括双速电机驱动和变频电机驱动。TBM刀盘驱动功率非常大，液压马达的驱动效率低，若采用单一液压马达驱动，功率损失非常大，且发热严重，因此液压马达驱动只作为双速电机驱动的辅助驱动方式存在。

传统的TBM刀盘驱动系统主要有：双速电机主驱动+液压马达辅助驱动方式，变频电机驱动方式。

双速电机主驱动+液压马达辅助驱动方式存在的问题主要有：（1）不能连续调速，地质适应性差；（2）传动机构复杂，故障率高，影响掘进速度 ；（3）液压马达和电机不能同时驱动。

变频电机驱动方式是目前的主要驱动方式，尽管变频电机在低速时相对于普通的电机可以输出较大的扭矩，但是由于受到最大电磁转矩的限制，变频电机驱动方式的脱困扭矩有限。在刚启动的时候，变频电机的驱动特性很差，因此目前脱困仍然是TBM行业一个需要解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于为全断面岩石隧道掘进机（TBM）提供一种可以实现刀盘瞬时大扭矩脱困的复合驱动装置。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型TBM刀盘电机惯性飞轮复合驱动装置包括大齿圈和变频电机驱动机构，所述变频电机驱动机构包括第一小齿轮、第一减速器和变频电机，第一小齿轮与大齿圈啮合，第一减速器的输出轴与第一小齿轮固定连接，第一减速器的输入轴与变频电机的输出轴连接；并且，本实用新型还包括惯性飞轮驱动机构，所述惯性飞轮驱动机构包括第二小齿轮、第二减速器、粘性离合器、惯性飞轮和液压马达，所述第二小齿轮与大齿圈啮合，第二减速器的输出轴与第二小齿轮固定连接，第二减速器的输入轴与粘性离合器的输出轴连接，粘性离合器的输入轴与惯性飞轮的输出轴连接，惯性飞轮的输入轴与液压马达的输出轴连接。

进一步地，本实用新型所述惯性飞轮驱动装置的数量为偶数个。

进一步地，本实用新型所述惯性飞轮驱动机构沿大齿圈的周向等间隔分布。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

现有技术中，TBM刀盘驱动主要采用变频电机驱动，缺点是脱困能力不足，因此，当遇到不良地质刀盘被卡时，若无法实现脱困将大大降低隧道施工速度。而本实用新型采用变频电机驱动装置和惯性飞轮驱动机构联合驱动脱困的方式，综合了变频电机的高效、机构简单以及惯性飞轮驱动机构的瞬时脱困扭矩大、装机功率低等优势，是一种全新的高效能TBM刀盘脱困装置。其中，惯性飞轮驱动机构在行业内是首创，该机构的机理是利用惯性飞轮储能并在瞬时释放的特性来为TBM脱困提供瞬时大扭矩。高速旋转的惯性飞轮可以储能，但是若采用一般的离合器来传递飞轮的能量，则离合器闭合时会产生非常大的瞬时冲击，从而破坏动力传动机构。本实用新型中，粘性离合器的作用是控制惯性飞轮的能量的释放过程，由于粘性离合器的传递扭矩大小可以通过控制离合器的油膜厚度来控制，因此可以实现扭矩的动态控制，这样既可以获得足够大的瞬时脱困扭矩，又可以避免飞轮给机械系统带来很大的冲击。此外，惯性飞轮驱动机构还可以降低整个脱困装置的功率，惯性飞轮的加速可以通过延长加速时间来实现，这样液压马达的功率可以很小，大大降低了液压装机功率。总之，本实用新型是一种节能又高效的TBM刀盘脱困驱动技术。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理图；

图中：1、液压马达，2、惯性飞轮，3、粘性离合器，4、第二减速器，5、第二小齿轮，6、变频电机，7、第一减速器，8、第一小齿轮，9大齿圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型TBM刀盘电机液压马达复合驱动装置包括大齿圈9、变频电机驱动机构和惯性飞轮驱动机构。

其中，变频电机驱动机构包括变频电机6、第一减速器7和第一小齿轮8。变频电机6的输出轴与第一减速器7的输入轴连接，第一减速器7的输出轴与第一小齿轮8固定连接，第一小齿轮8与大齿圈9啮合。