[发明专利]一种智能自驱式旋挖钻机装置

权利要求书

1.一种智能自驱式旋挖钻机装置，其特征在于，所述装置包括刀盘、钻斗、动力室、传动轴、链接轴和可伸缩杆；所述刀盘置于最下端，刀盘上面连有钻斗；所述动力室通过传动轴连接在钻斗的正上方，动力室的上部中心安装有链接轴；所述刀盘由内侧刀盘和外侧刀盘构成，所述内侧刀盘的中轴线与外侧刀盘的中轴线重合，外侧刀盘和内侧刀盘为同心的圆形刀盘；两个刀盘旋转方向相反，一个顺时针切土，另一个逆时针切土；通过调节输出内侧刀盘和外侧刀盘的输出功率达到扭矩自平衡；

所述动力室外圆周围设置并固定有撑靴，撑靴共设有上下两排，且均匀对称布置；通过调节撑靴，能在一定范围内改变掘进的方向；

所述动力室与所述钻斗之间设有两根对称布置可伸缩杆，可伸缩杆的上部安装固定在动力室上，下部插入钻斗的安装孔中；能灵活调节动力室与钻斗之间的距离，并保持装置工作的整体稳定性；

所述装置通过采用不同旋转方向的内外侧刀盘结构，通过分别调节内外侧刀盘的输出功率来使得链接轴上的扭矩为零，从而达到扭矩自平衡的目的，降低能耗；所述装置在掘进过程中，电机功率和刀盘转速的变化关系反馈出岩土层的阻力扭矩的变化，通过反馈出来数据可以用来判别土层的分布；所述装置在动力室的周围安置了上下两排撑靴装置，通过调节撑靴缩进，能在一定范围内改变掘进的方向。

2.根据权利要求1所述的一种智能自驱式旋挖钻机装置，其特征在于，所述外侧刀盘为圆环形刀盘，刀盘面上均匀嵌有刀头；所述内侧刀盘为圆形刀盘，刀盘面上均匀嵌有刀头；所述内侧刀盘的外径小于外侧刀盘的内圆直径；所述内侧刀盘位于外侧刀盘的内圆中心，内侧刀盘与外侧刀盘之间留有均匀间隙。

3.根据权利要求1所述的一种智能自驱式旋挖钻机装置，其特征在于，所述动力室为圆筒状结构，设置在链接轴上；所述动力室内安装有两个电机；一个电机驱动外侧刀盘的第一传动轴，另一个电机则驱动内侧刀盘的第二传动轴；动力室内加装有水平陀螺仪，所述水平陀螺仪起到智能识别扭矩不平衡的作用。

4.根据权利要求1所述的一种智能自驱式旋挖钻机装置，其特征在于，所述装置通过调节内侧刀盘和外侧刀盘的输出功率达到扭矩自平衡；使旋挖钻机的链接轴不承受扭矩作用。

5.根据权利要求2所述的一种智能自驱式旋挖钻机装置，其特征在于，所述外侧刀盘和内侧刀盘的刀盘直径和刀盘转速计算方法如下：

匀速切削岩土层时，外侧刀盘和内侧刀盘受到来自岩土层的阻力矩分别为：

假定同一岩土层的破岩应力相等：τ(x)＝τ₀；得：

在扭矩平衡条件下M_N1＝M_N2，可确定内外侧刀盘的直径之比和刀盘的转速：

其中，P_N1为外侧刀盘传动轴的输出功率；P_N2为内侧刀盘传动轴的输出功率；D₁为外侧刀盘的直径；D₂为内侧刀盘直径；n₁为工作过程中后置刀盘的转速；n₂为工作过程中刀盘的转速；M_N1为外侧刀盘受到来自岩土层的阻力矩；M_N2为内侧刀盘受到来自岩土层的阻力矩；τ₀为同一岩土层的破岩应力；ρ为切削土体离刀盘中心的距离。

6.根据权利要求3所述的一种智能自驱式旋挖钻机装置，其特征在于，所述水平陀螺仪智能识别扭矩不平衡的方法如下：

当刀盘从一种土层进入另一种土层时，内外侧刀盘传动轴上的扭矩不再平衡，当扭矩不平衡时，水平陀螺仪转速发生改变，继而通过调节电机的转动速度，使扭矩达到新的平衡；电机的转动的角速度与不平衡扭矩和陀螺仪角速度存在如下关系：

其中，ω为电机的旋转角速度；ΔM为不平衡扭矩；I为陀螺仪的转动惯量；Ω为陀螺仪的旋转角速度；为陀螺仪转子转向与陀螺仪旋进方向的夹角。

7.根据权利要求1所述的一种智能自驱式旋挖钻机装置，其特征在于，所述撑靴调节方法如下：

上下两排撑靴之间的垂向距离为l，假定下排撑靴液压顶的径向缩进距离为x，则偏转角方位为(x,θ)，则各撑靴液压顶的缩进位移量为：Δ_i＝-xcos(θ-45i)；其中，θ为极坐标下旋挖钻机的偏转方位角；i为撑靴液压顶的编号。