一种双刀盘矩形掘进机技术领域
本发明涉及隧道工程的施工装置，具体涉及一种双刀盘矩形掘进机，属于建筑工
程机械技术领域。
背景技术
现有的地下施工设备，包括大部分TBM、盾构机、顶管机等设备的截割形状均为圆
形，而异形盾构一直以来都是地下施工领域的一个难点问题。为了解决这个难点，业内技术
人员一直在进行不懈的努力，也取得的很多成果，例如中煤科工集团上海科研室的一件名
为《矿用全断面矩形掘进机》的中国专利(专利号：201420024545.1)和另外一件名为《多刀
盘矩形顶管机》的中国专利(专利号：200920067574.5)。但是上述专利技术存在着结构不够
紧凑、不能用于工程施工或者是不能够进行全断面切削的缺点，从而造成土体扰动大、挤压
明显等不良效果。简而言之，目前尚无一款结构紧凑而又可用于矩形全断面施工的掘进设
备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的空白，提供一种双刀盘矩形掘进
机，其能够用于矩形断面隧道的全断面掘进施工，具有结构紧凑的优点。
本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的：
一种双刀盘矩形掘进机，其包括壳体、电动机、固定齿轮、大回转支承、小回转支
承、前刀盘驱动轴、前刀盘和后刀盘；所述大回转支承通过轴承结构架设于所述壳体的内腔
的后部且能够在其中旋转，该大回转支承的内壁上设置有后齿轮，所述固定齿轮设置于所
述壳体上且与该后齿轮相啮合，所述电动机通过设置于所述壳体上的驱动轴与所述固定齿
轮相连接且通过该固定齿轮驱动所述大回转支承旋转，所述壳体的内壁上设置有固定的前
齿轮，所述小回转支承通过轴承结构架设于所述大回转支承的前部且能够在其中旋转，该
小回转支承的中心轴与所述大回转支承的中心轴存在有偏心距，所述小回转支承的外壁上
设置有小齿轮，该小齿轮与所述前齿轮啮合，形成行星齿轮组，所述后刀盘连接于所述小回
转支承的前部并在该行星齿轮组的带动下同时进行公转和自转，所述前刀盘通过所述前刀
盘驱动轴与所述大回转支承连接，并且在该前刀盘驱动轴的驱动下绕所述双刀盘矩形掘进
机整体的中轴线做转动；
所述前刀盘作偏心自转，进行圆形断面切削，同时所述电动机通过所述行星齿轮
组驱动所述后刀盘同时进行公转与自转，完成矩形全断面切削。
进一步地，所述的双刀盘矩形掘进机还包括有半月板和密封装置，所述半月板设
置于所述小齿轮与前齿轮之间的空隙中且固定连接于所述密封装置与大回转支承之间，所
述密封装置设置于所述壳体的前部，该密封装置上设置有用于密封所述小回转支承与壳体
之间间隙的第一橡胶圈和第二橡胶圈。
进一步地，所述的半月板的运动与所述小齿轮的公转运动保持同步。
进一步地，所述的前刀盘为圆形刀盘，包括连接于所述前刀盘驱动轴上的刀盘轴
和连接于该刀盘轴上的刀盘，所述刀盘轴偏心地安装在所述前刀盘驱动轴上。
进一步地，所述的后刀盘为三角形刀盘，包括有均匀分布在圆周上的三个刀片柄，
每两个相邻的刀片柄之间的夹角为120度。
进一步地，所述固定齿轮与后齿轮的传动比为4/3。
进一步地，通过调节所述后刀盘的半径与所述偏心距的比以及该后刀盘的公自转
速度比值，可得到不同的矩形切削断面。
与现有隧道掘进设备相比较，本发明所述双刀盘矩形掘进机利用圆形的前刀盘作
为主刀盘，负责矩形中部位置切削，其绕驱动装置轴心进行偏心转动(自转)，完成圆形断面
切削；同时利用三角形的后刀盘作为副刀盘，负责矩形四周的修形切削，其在小齿轮的驱动
下同时进行公转与自转，配合主刀盘完成矩形全断面的切削工作。本发明的主刀盘的驱动
直接由与底部的大回转支承结构相连的前刀盘驱动轴来完成，并且充分利用行星齿轮的余
隙空间为盾构机提供了密封保护，使机构在满足矩形断面切削的同时，达到了结构上的优
化。本发明具有结构紧凑、性能高效的优点，能够胜任矩形截面隧道的施工。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明前后刀盘位置示意图(正视)。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1本发明的结构示意图，图示双刀盘矩形掘进机包括壳体8、电动机1、固
定齿轮3、大回转支承4、小回转支承7、前刀盘驱动轴9、前刀盘10、后刀盘11、半月板5和密封
装置6。
所述大回转支承4通过轴承结构4.3架设于所述壳体8的内腔的后部，并且能够在
该壳体8的内腔中旋转；该大回转支承4的内壁上设置有后齿轮4.1以及用于固定所述前刀
盘驱动轴9并承担其轴向受力的结构，该后齿轮4.1通过法兰固定在所述大回转支承4上。
所述固定齿轮3固定设置于所述壳体8上，通过一驱动轴2与所述电动机1相连接。
该固定齿轮3与所述大回转支承4的后齿轮4.1相啮合，组成一组齿轮副，其中固定齿轮3为
主动轮，后齿轮4.1为从动轮，传动比为4/3。所述电动机1通过所述固定齿轮3和后齿轮4.1
驱动所述大回转支承4旋转。
所述壳体8的前部的内壁上设置有固定的前齿轮4.2，该前齿轮4.2通过法兰固定
在所述壳体8上。
所述小回转支承7通过轴承结构7.2架设于所述大回转支承4的前部且能够在其中
旋转，该小回转支承7的中心轴与所述大回转支承4的中心轴存在有偏心距。所述小回转支
承7的外壁上设置有小齿轮7.1，该小齿轮7.1与所述前齿轮4.2啮合，其中前齿轮4.2为主动
轮，小齿轮7.1为从动轮。所述固定齿轮3、后齿轮4.1、小齿轮7.1和前齿轮4.2形成一行星齿
轮组，所述小回转支承7在该行星齿轮组的驱动下作公转和自转运动。
所述前刀盘驱动轴9穿过所述小回转支承7的内腔与所述大回转支承4连接。所述
前刀盘10为偏心放置的圆形刀盘，连接在该前刀盘驱动轴9上，但不与其同轴而是与驱动装
置整体的中轴线同轴。所述前刀盘10在所述前刀盘驱动轴9的驱动下绕所述双刀盘矩形掘
进机整体的中轴线做转动。所述前刀盘10为盾构机主刀盘，包括刀盘轴10.2和刀盘10.1，该
刀盘轴10.2偏心地安装在所述前刀盘驱动轴9上，该刀盘10.1连接于该刀盘轴10.2上。
所述的后刀盘11是盾构机副刀盘，为三角形刀盘，请结合参阅图2，该后刀盘11包
括有三个刀片柄，均匀分布在所述前刀盘10周围的圆周上，每两个相邻的刀片柄之间的夹
角为120度。所述前刀盘10与所述后刀盘11之间的间隙由所述密封设备6提供密封保护。
所述半月板5设置于所述小齿轮7.1与前齿轮4.2之间的空隙中，并且固定连接于
所述密封装置6与大回转支承4之间，该半月板5与所述小齿轮7.1的公转运动保持同步，避
免了碰撞的发生。所述密封装置6设置于所述壳体8的前部，该密封装置6上设置有第一橡胶
圈6.1和第二橡胶圈6.2，用于密封所述小回转支承7与壳体8之间的间隙，为设备提供密封
保护。
所述前刀盘10作偏心自转，进行圆形断面切削，同时所述电动机1通过所述行星齿
轮组驱动所述后刀盘11同时进行公转与自转，完成矩形全断面切削。通过调节所述后刀盘
11的半径与所述偏心距的比以及该后刀盘11的公转与自转速度的比值，可得到不同的矩形
切削断面。
所述的双刀盘矩形掘进机具体运行情况如下：
电动机1通过齿轮传动驱动大回转支承4旋转，进而通过前刀盘驱动轴9驱动前刀
盘10绕驱动设备整体的中轴线做转动，进行矩形中部位置的圆形切削；与此同时，受由固定
齿轮3、后齿轮4.1、小齿轮7.1和前齿轮4.2构成的行星齿轮组的驱动，三角形的后刀盘11同
时做自转和公转，进行矩形四周的修形切削，切削断面近似于带有4个圆角的矩形，其中边
缘圆角能有效改善应力集中情况，使整个矩形切削面受力良好。
综上所述，本发明所述的双刀盘矩形掘进机能完美满足各类矩形断面隧道施工的
需求，同时兼具传动系统简单高效、机械结构紧凑等优点。
以上所述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通
技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润
饰也应视为本发明的保护范围。