[发明专利]一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置

说明书

本发明提出了一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，用于解决现有开挖装置存在着开挖盲区较大、土体切削效果差、结构复杂、断面适应能力差的问题；包括刀盘、行星轮、行星轮轴、行星架、大齿圈和盾体；所述刀盘的形状为水滴形，刀盘的后部与行星轮轴相啮合；所述行星轮轴通过轴承与行星架相连接，行星架的后部与外部驱动装置相连接；所述行星轮设置在行星轮轴上，行星轮设置在大齿圈内，行星轮与大齿圈相啮合，大齿圈的外侧固定于盾体上。本发明保证了全断面开挖，可以形成不同的开挖断面，可实现多种规格矩形断面隧道的开挖，具有良好的经济性、适应性与可靠性；同时，具有较好的土体切削效果和良好的断面适应性。

技术领域

本发明涉及地下空间施工的技术领域，尤其涉及一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置。

背景技术

矩形掘进机整体开挖空间利用率高，开挖土方少，对周边环境干扰小，特别适用于过街隧道、地铁出入口、综合管廊、地下停车场等矩形断面市政工程。目前，矩形断面开挖装置根据驱动轴形式有中心轴式和偏心轴式，根据刀盘形状有圆形、矩形和单刀盘仿形。但这类开挖装置不同程度地存在着开挖盲区较大、土体切削效果差、结构复杂、断面适应能力差的问题。

发明内容

针对现有开挖装置存在着开挖盲区较大、土体切削效果差、结构复杂、断面适应能力差的技术问题，本发明提出一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种用于矩形断面隧道施工的行星轮式仿形开挖装置，包括刀盘、行星轮、行星轮轴、行星架、大齿圈和盾体；所述刀盘的形状为水滴形，刀盘的后部与行星轮轴相啮合；所述行星轮轴通过轴承与行星架相连接，行星架的后部与外部驱动装置相连接；所述行星轮设置在行星轮轴上，行星轮设置在大齿圈内，行星轮与大齿圈相啮合，大齿圈的外侧固定于盾体上。

所述盾体的开挖断面为正方形。

所述刀盘连接在行星轮轴的前端，刀盘的后部设置有内花键并与行星轮轴前部的外花键相啮合。

所述刀盘的刀盘轮廓的曲线方程为：

其中，(x，y)为刀盘轮廓的坐标，L为正方形的开挖断面)边长的一半，r为行星轮和大齿圈之间的中心距，θ为刀盘轮廓的展角，常数a＝-3.03L+5.61r和常数b＝1.15L-1.13r。

当θ∈(-90°，90°)时刀盘轮廓与开挖断面的边长相切，θ∈(90°,180°)∪(-90°,-180°)时刀盘的切削轨迹在开挖断面的边界内。

所述刀盘、行星轮轴和行星轮的数量设有三个，三个刀盘的大小相等、呈品字形布置，刀盘之间的中心的夹角为120°，三个刀盘的中心距离大齿圈的中心的距离相等。

所述刀盘上设有撕裂刀和十字鱼尾刀，撕裂刀的数量设有若干个，撕裂刀沿刀盘的周向均匀分布，十字鱼尾刀固定在刀盘的中心。

所述盾体前部的周向布设有若干个盾体切刀。

所述盾体是组合式的盾体，盾体之间通过螺栓连接。

本发明的有益效果：刀盘在行星轮轴的带动下一边绕大齿圈中心做公转运动，一边绕行星轮中心做自转运动，同时在盾体前端周向均布有盾体切刀，保证全断面开挖；通过多个行星轮式仿形开挖装置的组合，可以形成不同的开挖断面；实现了多种规格矩形断面隧道的开挖，具有良好的经济性、适应性与可靠性。本发明同时具备全断面开挖、较好的土体切削效果和良好的断面适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。