一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱技术

本发明专利技术公开了一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱，设计方法应用于盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计，包括：确定传动结构形式，设定齿轮箱传动比I；对传动比进行分配，设定第二行星级的传动比I

【技术实现步骤摘要】
一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱
本专利技术涉及盾构机齿轮箱领域，特别是涉及一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱。
技术介绍
近年来，随着我国国民经济的迅速发展，加上我国城市人口密集和交通压力，各种基础设施建设工程不断展开，地铁、铁路、公路、水利等将建设大量隧道，盾构机被誉为“国之重器”，在我国交通建设和城市发展中发挥着不可替代的重要角色。主驱动齿轮箱作为驱动盾构机刀盘旋转的核心驱动装置。硬岩盾构(TBM)、土压平衡盾构(EPB)由于面对不同的地质载荷分别需要高速低扭矩、低速高扭矩驱动，故配置的主驱动齿轮箱规格也不同，采购成本相应增加，通用互换性较差。同一施工项目往往会面对岩石、软土等混合交变地质条件，普通的固定传动比主驱动齿轮箱已无法胜任正常的掘进工作；即使在隧道施工中单独再次更换匹配的主驱动齿轮箱、驱动电机也同样严重影响施工进度、施工成本剧增。为了便于硬岩盾构与土压平衡盾构两种模式的切换，急需一种双模式可换挡调速的主驱动齿轮箱，来满足盾构机在岩石、软土等混合交变地质下高速低扭矩、低速高扭矩切换使用。因此，如何实现盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法及齿轮箱，用于满足盾构机在岩石、软土等混合交变地质下高速低扭矩、低速高扭矩切换使用。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，应用于盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱包括输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构、第一行星级、第二行星级以及输出行星架；包括以下步骤：步骤S1：确定传动结构形式，设定齿轮箱传动比I；步骤S2：对传动比进行分配，设定第二行星级的传动比I4以及第一行星级的传动比I3，并对输入齿轮副的传动比I1以及低速齿轮副的传动比I2进行计算，确定传动比I1和传动比I2的范围值；步骤S3：确定第一行星级和第二行星级的模数范围；步骤S4：对各齿轮及轴承进行校核，并根据校核结果确定传动比I1、传动比I2、传动比I3和传动比I4的具体取值以及所述第一行星级和第二行星级的模数值。优选的，所述步骤S1包括：设定齿轮箱传动比I为20-90，IEPB/ITBM＝A，2≤A≤3；且传动结构采用两级圆柱齿轮+两级NGW行星齿轮的传动形式。优选的，所述步骤S3包括：利用Palmgren-Miner法则处理载荷谱，得出齿轮、轴承的当量载荷与转速；结合外形尺寸限制、齿圈壁厚、齿数条件初选第一行星级和第二行星级的模数，确定所述第一行星级和第二行星级的模数范围；并且两级圆柱齿轮的模数与第一行星级的模数相同。优选的，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱还包括第一箱体和第二箱体，所述输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构位于所述第一箱体内，所述第一NGW行星级、第二NGW行星级以及输出行星架位于所述第二箱体内；还包括步骤：对所述第一箱体和第二箱体进行设计；所述第一箱体采用偏心式回转圆柱箱体结构，所述第一箱体的最大外圆尺寸不得大于所述第二箱体的外圆尺寸；在所述第一箱体内布置冷却水箱，冷却水箱位于输入端，冷却水箱内部采用涂漆、镀锌的防锈措施，同时承压能力需满足1MPa以上，无渗漏。优选的，还包括步骤：对换挡机构进行设计，采用手动换挡形式，通过内、外花键套、拨叉、连杆或手柄实现切换功能，并配置锁紧装置进行限位。优选的，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱还包括检测装置；还包括步骤：对检测装置进行设计，所述检测装置为接近传感器，实时监测档位。优选的，所述步骤S2包括：所述输入齿轮副的传动比I1与所述低速齿轮副的传动比I2按照公式进行初步取值，确定传动比I1和传动比I2的范围值，再结合Z1+Z2＝Z3+Z4＝Z5+Z6条件进行优选。优选的，所述步骤S2还包括：设定第二行星级的传动比I4为3.5-5；设定第一行星级的传动比I3为3.5-5，并且，设定所述第一行星级中的两级行星总传动比为16-20。优选的，所述步骤S4包括：依托KISSsoft、MASTA的国际权威齿轮专业计算软件进行疲劳强度和寿命校核；将第一行星级、第二行星级及输入齿轮副的齿轮参数导入全工况载荷谱参数计算，并设定弯曲疲劳安全系数SF≥1.4，接触疲劳安全系数SH≥1.0；对应支撑轴承寿命≥10000小时；将高速齿轮副、低速齿轮副的齿轮参数分别导入各自对应工况载荷谱参数计算，并设定弯曲疲劳安全系数SF≥1.4，接触疲劳安全系数SH≥1.0；对应支撑轴承寿命≥5000小时；根据校核结果确定传动比I1、I2、I3和I4的具体取值以及所述第一行星级和第二行星级的模数值。一种齿轮箱，采用上述的设计方法设计而成，包括第一箱体、第二箱体、位于所述第一箱体内的冷却水箱、输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构和检测装置、以及位于所述第二箱体内的第一行星级、第二行星级和输出行星架；所述冷却水箱靠近所述输入轴布置，所述输入齿轮副与所述低速齿轮副和高速齿轮副择一啮合；所述换挡机构用于切换所述低速齿轮副和所述高速齿轮副，所述检测装置用于检测所述换挡机构的状态；所述第一行星级、所述第二行星级以及所述输出行星架位于所述第二箱体内，由输入端至输出端依次布置。本专利技术所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，应用于盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱包括输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构、第一行星级、第二行星级以及输出行星架；包括以下步骤：步骤S1：确定传动结构形式，设定齿轮箱传动比I；步骤S2：对传动比进行分配，设定第二行星级的传动比I4以及第一行星级的传动比I3，并对输入齿轮副的传动比I1以及低速齿轮副的传动比I2进行计算，确定传动比I1和传动比I2的范围值；步骤S3：确定第一行星级和第二行星级的模数范围；步骤S4：对各齿轮及轴承进行校核，并根据校核结果确定传动比I1、I2、I3和I4的具体取值以及所述第一行星级和第二行星级的模数值。本专利技术所提供的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，可实现盾构机双模式主驱动齿轮箱的优化设计，满足盾构机双模式的使用要求，攻克混合地质施工难题，进一步缩短工期、降低项目施工成本，并且减少新型号齿轮箱的开发、降低齿轮箱采购成本，提高整机性价比。在一种优选实施方式中，所述步骤S4包括：依托KISSsoft、MASTA的国际权威齿轮专业计算软件进行疲劳强度和寿命校核；将第一行星级、第二行星级及输入齿轮副的齿轮参数导入全工况载荷谱参数计算，并设定弯曲疲劳安全系数SF≥1.4，接触疲劳安全系数SH≥1.0；对应支撑轴承寿命≥10000小时；将高速齿轮副、低速齿轮副的齿轮参数分别导入各自对应工况载荷谱参数计算，并设定弯曲疲劳安全系数SF≥1.4，接触疲劳安全系数SH≥1.0；对应支撑轴承寿命≥5000小时；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，应用于盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱包括输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构、第一行星级、第二行星级以及输出行星架；其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1：确定传动结构形式，设定齿轮箱传动比I；/n步骤S2：对传动比进行分配，设定第二行星级的传动比I

【技术特征摘要】
1.一种盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，应用于盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱包括输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构、第一行星级、第二行星级以及输出行星架；其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：确定传动结构形式，设定齿轮箱传动比I；
步骤S2：对传动比进行分配，设定第二行星级的传动比I4以及第一行星级的传动比I3，并对输入齿轮副的传动比I1以及低速齿轮副的传动比I2进行计算，确定传动比I1和传动比I2的范围值；
步骤S3：确定第一行星级和第二行星级的模数范围；
步骤S4：对各齿轮及轴承进行校核，并根据校核结果确定传动比I1、传动比I2、传动比I3和传动比I4的具体取值以及所述第一行星级和第二行星级的模数值。


2.根据权利要求1所述的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
设定齿轮箱传动比I为20-90，IEPB/ITBM＝A，2≤A≤3；且传动结构采用两级圆柱齿轮+两级NGW行星齿轮的传动形式。


3.根据权利要求1所述的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
利用Palmgren-Miner法则处理载荷谱，得出齿轮、轴承的当量载荷与转速；结合外形尺寸限制、齿圈壁厚、齿数条件初选第一行星级和第二行星级的模数，确定所述第一行星级和第二行星级的模数范围；并且两级圆柱齿轮的模数与第一行星级的模数相同。


4.根据权利要求1所述的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，其特征在于，所述盾构机双模式主驱动齿轮箱还包括第一箱体(1)和第二箱体(2)，所述输入轴、输入齿轮副、低速齿轮副、高速齿轮副、换挡机构位于所述第一箱体(1)内，所述第一NGW行星级、第二NGW行星级以及输出行星架位于所述第二箱体(2)内；还包括步骤：
对所述第一箱体(1)和第二箱体(2)进行设计；所述第一箱体(1)采用偏心式回转圆柱箱体结构，所述第一箱体(1)的最大外圆尺寸不得大于所述第二箱体(2)的外圆尺寸；在所述第一箱体(1)内布置冷却水箱，冷却水箱位于输入端，冷却水箱内部采用涂漆、镀锌的防锈措施，同时承压能力需满足1MPa以上，无渗漏。


5.根据权利要求1所述的盾构机双模式主驱动齿轮箱的设计方法，其特征在于，还包括步骤：
对换挡机构进行设计，采用手动换挡形...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志强，杨震，杨华华，陈光富，陈巧，赵荷，谢飞，罗康森，
申请(专利权)人：重庆齿轮箱有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50