[发明专利]一种盾构机无轴电机主驱动系统及其保压方法

说明书

本发明公开了一种盾构机无轴电机主驱动系统及其保压方法，盾构机无轴电机主驱动系统包括与盾体固定连接的驱动箱和与盾体转动连接的驱动盘，驱动盘、驱动箱和盾体组成密封腔；驱动箱的外部设有无轴电机，无轴电机与设置在驱动箱内的驱动齿轮相连接，驱动齿轮分别与设置在密封腔内的传动齿轮组和润滑齿轮啮合，传动齿轮组和润滑齿轮为驱动盘的转动提供动力，驱动齿轮与驱动箱之间设有扭矩过载保护机构，驱动箱设有与密封腔连通的保压系统。本发明采用无轴电机作为盾构机主驱动系统动力装置，与以往单电机驱动系统相比，功率覆盖范围广，能够满足多种型号盾构机掘进功率需求；与现有多电机并行驱动系统相比具有安装占用空间小、结构简单的优点。

技术领域

本发明涉及盾构驱动技术领域，特别是指一种盾构机无轴电机主驱动系统及其保压方法。

背景技术

随着国家城市轨道建设规划密集出炉，城市轨道交通建设以及城市地下空间急需发展。盾构机作为地下掘进工程机械，越来越广泛的应用到城市交通和地下空间开发中，是城市建设中不可缺的基建设备。

盾构隧道掘进机在地下施工时会遇到不同开挖地质和隧道直径，为应对不同地质和开挖直径，单模式、双模式、TBM盾构模式应运而生。地下施工要求盾构机动力系统在有限空间内为开挖刀盘提供足够的开挖动力，同时面对不同复杂工况环境要为驱动系统提供相应保护机制。鉴于以往单电机驱动系统动力不足，因此对盾构机的心脏—主驱动往往考虑多电机并行驱动系统，如中国专利（申请号：CN110656946A，申请日：2020.01.04）公开了一种盾构机内外双层主驱动系统。

构机多电机刀盘驱动系统本质上是一个冗余控制系统，开挖刀盘负载通过主轴承和齿轮啮合传递到各电机驱动轴。在刀盘负载剧烈波动情况下，由于各齿轮啮合传动系统的差异，尤其是小齿轮与大齿圈啮合齿隙的差异，将导致部分电机驱动轴承受扭矩过大触发过载保护，提高施工成本，影响施工进度，因此必须协调并行控制多电机驱动，目前国内外盾构机多电机并行控制多采用转速或转矩的PID并行控制，主从控制，以及采用转速差、电机扭矩差等不同方式的同步补偿控制。如周鹏等提出的基于Modelica的盾构主驱动多电机同步控制仿真、韩影等提出的盾构机刀盘驱动多电机同步控制仿真分析均是针对主驱动多电机并行控制系统复杂、电机扭矩负载不平衡问题进行优化、改善。但是实际施工中工况复杂，盾构机多电机并行驱动系统难以实现最优控制，仍然存在占用空间大，电机转速并行控制系统复杂、压力不稳且电机扭矩负载不平衡问题。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种盾构机无轴电机主驱动系统及其保压方法，用以解决上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种盾构机无轴电机主驱动系统，包括与盾体固定连接的驱动箱和与盾体转动连接的驱动盘，驱动盘、驱动箱和盾体组成密封腔；驱动箱的外部设有无轴电机，无轴电机与设置在驱动箱内的驱动齿轮相连接，驱动齿轮分别与设置在密封腔内的传动齿轮组和润滑齿轮啮合，传动齿轮组和润滑齿轮为驱动盘的转动提供动力，驱动齿轮与驱动箱之间设有扭矩过载保护机构，驱动箱设有与密封腔连通的保压系统。

进一步，所述驱动盘的内侧面上设有小油腔，驱动箱和驱动盘之间设有主轴承，主轴承的轴承内圈设有内齿部且轴承内圈通过紧固件与驱动盘相连接，轴承内圈的内齿部分别与传动齿轮组和润滑齿轮啮合；主轴承的轴承外圈通过紧固件固定在驱动箱内壁上，轴承内圈与轴承外圈之间设有轴向辊子和径向辊子。

进一步，所述轴承外圈与保压系统相对应的端面为倾斜面；驱动齿轮为齿轮轴，齿轮轴的轴部通过第一轴承与驱动盘转动连接，齿轮轴的轴部与驱动盘之间设有内密封组件，驱动盘与盾体之间设有外密封组件。

进一步，所述内密封组件包括内密封套，内密封套套设在齿轮轴的轴部且通过内压环固定在齿轮轴的轴部与驱动盘之间；所述外密封组件包括外密封套，外密封套套设在驱动盘上且通过外压环固定在驱动盘与盾体之间。