角度可调式盾构机主驱动装置技术领域
本发明涉及盾构机技术领域，具体的说是涉及一种角度可调式盾构机主驱动装
置。
背景技术
盾构机主驱动是盾构机掘进时刀盘旋转的动力源，是盾构机的核心系统。在盾构
机掘进过程中，主驱动外部与前盾盾体通过螺栓连接在一起保持固定，内部通过回转支撑
轴承向刀盘输出旋转驱动力及转矩，以驱动开挖刀盘的旋转。由于盾构机前部重量不足或
者承受径向土压过大，导致盾构机在掘进过程中刀盘上浮或者下沉，造成拼装管片损坏，同
时还可能造成隧道的实际位置与设计规划不符，因此，在盾构机刀盘上浮或者下沉时必须
调整盾构机姿态，以便隧道的实际位置与设计一致。在实际操作过程中，盾构机的姿态调整
主要依靠推进油缸的伸缩行程差和刀盘的转向来实现，伸缩行程差不易控制，行程差过大，
易使盾体与管片之间的夹角增大，造成管片的破损、错台。
同时，盾构机在转弯时需要借助超挖刀或者仿形刀进行超挖，而要实现超挖功能，
在刀盘上必须配置油缸等组件，以提供超挖刀或仿形刀伸缩的动力，同时还要设计相应的
管路、检测装置等，增加了刀盘的制造成本，使刀盘的的整体结构变得复杂。
基于上述原因，有必要发明一种可以解决上述问题的角度可调式盾构机主驱动装
置，以达到通过调整盾构机主驱动角度来调整盾构机掘进姿态，抑制盾构机上浮或下沉以
及简化刀盘结构的目的。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种角度可调式盾构机主驱动装置，该装置可
以通过调整主驱动的角度来调整刀盘的角度，进而控制刀盘的上浮或者下沉，同时也可以
通过调整刀盘的角度来控制刀盘的超挖，以实现盾构机的顺利转弯。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种角度可调式盾构机主驱动
装置，包括外球面主轴承、第一内球面主轴承安装座、第二内球面主轴承安装座、角度调整
油缸、油缸安装座和密封安装座，所述外球面主轴承为主驱动回转支撑轴承，包括轴承底
座、轴承齿圈、轴承盖板、圆柱滚子和保持架，所述轴承底座和轴承盖板的外表面为半径相
同的外球面，所述轴承底座和轴承盖板的内端面之间固定连接，所述轴承齿圈通过圆柱滚
子可转动定位于所述轴承底座和轴承盖板内，所述圆柱滚子转动定位于所述保持架内；所
述第一内球面主轴承安装座和第二内球面主轴承安装座的内侧面为内球面，分别设于所述
外球面主轴承的外侧，并通过其内球面分别与所述外球面主轴承的轴承底座和轴承盖板的
外球面相配合；所述轴承底座的外表面上设有外齿，所述第二内球面主轴承安装座的内表
面上设有内齿，该内齿与所述外齿啮合使所述外球面主轴承能够沿设定角度进行摆动，同
时防止所述轴承底座和轴承盖板转动；所述第一内球面主轴承安装座和第二内球面主轴承
安装座的内端面之间固定连接，并分别固定于前盾盾体上；所述角度调整油缸为四个，均布
于同一直径的圆上，呈上下左右对称分别，每一所述角度调整油缸的一端通过销轴与前盾
盾体连接，另一端通过销轴与一个油缸安装座连接，该油缸安装座固定于所述外球面主轴
承的轴承底座的外端面上；所述密封安装座的内侧面与所述轴承齿圈固定连接，外侧面与
盾构机的刀盘法兰固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述外球面主轴承主驱动回转支撑三排圆柱滚子轴
承，所述轴承齿圈通过三排圆柱滚子可转动定位于所述轴承底座和轴承盖板内。
作为本发明的进一步改进，所述轴承底座和轴承盖板的内端面之间通过螺栓固定
连接。
作为本发明的进一步改进，所述第一内球面主轴承安装座和第二内球面主轴承安
装座的内端面之间通过螺栓固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述第一内球面主轴承安装座和第二内球面主轴承安
装座的内侧面上分别设有O形圈沟槽，该O形圈沟槽内设有O形密封圈。
作为本发明的进一步改进，所述密封安装座的内侧面与所述第二内球面主轴承安
装座之间设有端面密封圈。
作为本发明的进一步改进，所述内齿为鼓形内齿，所述外齿为直齿形外齿。
本发明的有益效果是：1)本装置可以通过调整上下两油缸的行程差来控制盾构机
刀盘的上浮或者下沉，调整盾构机的掘进姿态，避免了通过推进油缸来调整推进姿态时的
管片破损现象，可以精准的控制盾构机的掘进方向；2)本装置可以通过调整左右两油缸的
行程差来调整刀盘的超挖量，以达到盾构机顺利转弯的目的，避免了使用油缸等组件，节省
了制造成本，简化了刀盘结构。
附图说明
图1为角度可调式主驱动装置结构图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图2中的B部部放大图。
结合附图，作以下说明：
2——第一内球面主轴承安装座
3——第二内球面主轴承安装座
4——角度调整油缸 5——O形密封圈
6——端面密封圈 7——油缸安装座
8——密封安装座 9——刀盘法兰
11——轴承底座 12——轴承齿圈
13——轴承盖板 14——圆柱滚子
15——保持架 1——外球面主轴承
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的一个较佳实施例作详细说明。但本发明的保护范围不
限于下述实施例，即但凡以本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修
饰，皆仍属本发明专利涵盖范围之内。
一种角度可调式盾构机主驱动装置，包括外球面主轴承1、内球面主轴承安装座2、
内球面主轴承安装座3、角度调整油缸4、O型密封圈5、端面密封圈6、油缸安装座7、密封安装
座8。
所述的外球面主轴承1为主驱动回转支承三排圆柱滚子轴承，该轴承由轴承底座
11、轴承齿圈12、轴承盖板13、圆柱滚子14及保持架15组成；其中轴承底座11、轴承盖板13外
表面均为球面，球半径相同，两构件之间利用螺栓进行连接，且轴承底座11外表面加工有鼓
形外齿，利用鼓形外齿可以实现外球面主轴承1的轴向摆动以及防止轴承底座11、轴承盖板
13的转动。
所述的内球面主轴承安装座2通过球面与外球面主轴承1相配合，利用螺栓连接与
内球面主轴承安装座3配合，内球面主轴承安装座2的球面上加工有O形圈沟槽，以密封内球
面主轴承安装座2和外球面主轴承1；同时在内球面主轴承安装座2的非球面上加工有直齿
形内齿，与外球面主轴承1的鼓形外齿相啮合，防止轴承底座11、轴承盖板13的旋转；内球面
主轴承安装座2与主驱动安装座之间利用双头螺柱连接，固定在前盾盾体上。
所述的内球面主轴承安装座3通过螺栓与内球面主轴承安装座2连接，固定在前盾
盾体上，起支撑外球面主轴承1的作用，内球面主轴承安装座3的球面上加工有O形圈沟槽，
以密封内球面主轴承安装座3和外球面主轴承1。
所述的角度调整油缸4共4根，均布于同一直径的圆上，呈上下左右分布，一端通过
销轴与前盾盾体连接，另一端通过销轴与主驱动可摆动部分连接，通过调整上下两油缸的
行程，可以决定刀盘表面是承受向下的压力还是承受向上的浮力，进而调整盾构机的掘进
姿态；通过调整左右两油缸的行程，可以使盾构机的开挖面呈椭圆形，行程差越大，椭圆的
长轴越长，短轴长度不变，左右方向的开挖量也越大，使盾构机可以顺利转弯。
所述的O型密封圈5起密封作用，端面密封圈6主要密封主驱动齿轮油及齿轮箱；油
缸安装座7与外球面主轴承1连接，在角度调整油缸4动作时驱动外球面主轴承1动作，进而
驱动刀盘动作；密封安装座8通过螺栓与刀盘法兰连接，通过螺栓与轴承齿圈12连接，当轴
承齿圈12在减速机的驱动下旋转时，刀盘法兰保持同步转动。
本发明的外球面主轴承1通过球形表面与内球面主轴承安装座2、内球面主轴承安
装座3装配形成类似于关节轴承的配合，外球面主轴承1中的轴承底座11外表面加工有鼓形
外齿，与内球面主轴承安装座2上的内齿啮合，使外球面主轴承1只能在一定角度内摆动而
不能做旋转运动；内球面主轴承安装座2、内球面主轴承安装座3通过螺栓与前盾盾体连接，
当主轴承齿圈12旋转时，内球面主轴承安装座2、内球面主轴承安装座3保持固定，同时内球
面上加工有O形圈沟槽，对球面配合面起密封作用，以防止灰尘、杂质等进入鼓形齿而加速
鼓形齿的磨损、损坏；角度调整油缸4上下左右各分布一根，均匀分布，油缸一端与前盾盾体
铰接，另一端与油缸安装座7铰接，当盾构机掘进过程中刀盘上浮时，增大下部调整油缸行
程，减小上部调整油缸行程，左右两根油缸行程保持不变，此时刀盘面板与前盾中心线之间
有一倾斜角，刀盘面板受到一个向下的分力，使刀盘的上浮现象得到抑制，当刀盘有下沉趋
势时，可以通过相反的调整使刀盘受到一个向上的分力，抑制刀盘下沉；当刀盘需要转弯
时，增大或减小左部调整油缸的行程，减小或者增大右部调整油缸的行程，上下两油缸行程
保持不变，使刀盘倾斜一定角度，此时从垂直于刀盘表面观察，开挖面是一个圆形，而从垂
直于前盾中心线观察，开挖面则是一椭圆形，椭圆形的长轴随左右两油缸行程差的增大先
增大、后减小，当刀盘面板与前盾中心线角度一定时，刀盘的超挖量能够满足盾构机转弯的
需要。
当盾构机掘进姿态正确以及不需要转弯时，4根调整油缸行程一致，均位于初始位
置，此时盾构机主驱动位置与其他非可调整式盾构机主驱动位置一致。
由此可见，1)本发明可以通过调整上下两油缸的行程差来控制盾构机刀盘的上浮
或者下沉，调整盾构机的掘进姿态，避免了通过推进油缸来调整推进姿态时的管片破损现
象，可以精准的控制盾构机的掘进方向；2)本发明可以通过调整左右两油缸的行程差来调
整刀盘的超挖量，以达到盾构机顺利转弯的目的，避免了使用油缸等组件，节省了制造成
本，简化了刀盘结构。