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7 与同类产品主要参数比较表4.5T级小型挖掘机国内外同类机型性能规格对照表机密第 2 页2005年12月1 总体参数计算1．1 功率计算1．1．1发动机原始参数发动机型号：YANMAR 4TNV88－SYY型式：4缸直列、水冷、4冲程、涡轮增压、空气中冷、电控燃油系统 发动机功率/额定转速： 29.4kW/2400rpm 发动机最大扭矩： 144 N •m /1320rpm1．1．2液压泵参数液压主泵型号： PVK-2B-505-N-4191A 主泵排量： 50ml /rev 主泵最大流量： 110 l/min 主泵起调压力： 12Mpa主泵输入功率： kW (W=110*12/（60*0.97）=22.7) 主泵输入扭矩： N •m (Pq=159×12×50×0.001=95.4) 伺服系统压力： 3.9 Mpa1．1．3功率储备系数、扭矩储备系数功率储备系数:K1= (29.4-22.7-2.5)/29.4 =14.3% 扭矩储备系统:K2= (144-95.4)/144 = 50%通过以上计算功率储备系数、扭矩储备系统均大于10%，发动机能够稳定地工作。
1．2 回转速度、回转力矩计算 1．2．1回转机构原始数据：回转马达型号: PCL-200-18B-1S2-8486A 回转马达排量: 33.8ml/rev 回转马达最大供油量: 39l/min 回转减速机速比: i1 18.4 输出轴齿数/模数: 14/7 回转系统压力: 21Mpa 回转齿圈齿数: 86终传动速比: i2 86/14=6.1431．2．2回转速度计算:回转马达转速(容积效率设定为0.96):n1= 39/33.8×1000×0.94= 1085rpm回转速度: n=211i i n =1085/(18.4×6.143) =9.6rpm机密第 3 页2005年12月1．2．3回转力矩计算:马达输出转矩(机械效率设定为0.85):Nm i p v M g 7.176714.3204.1885.02108.33201=⨯⨯⨯⨯=∆=πη回转力矩Nm Mi M h 10859143.67.17672=⨯==1．3 行走性能计算 1．3．1基本参数整机质量 G=4800kg履带内阻力 W=0.06G=2880N 驱动轮节圆直径 Dk=0.4158m 驱动轮齿数 Z=19轨链节距 t0=135mm 履带轮距 L=1940mm 履带轨距 A=1560mm 履带高度(不包括凸缘) h=536mm 履带板宽 B=400mm 行走减速机速比 i =47.53行走马达减速机型号: PHV-4B-60BP-1S-8502A 马达最大供油量: 50l/min行走马达排量(q max /q min ) 28.6/17.4 ml/rev1．3．2驱动力矩、行走牵引力计算液压系统压力 P=24.5MPa 马达机构效率 ηm1=95% 马达容积效率 ηv=98% 行走机构机械效率ηm2=85%马达低速时输出扭矩 Mmmax=159⨯P ⨯qmax ⨯ηm1=159⨯24.5⨯28.6⨯0.001⨯95% =105.84N.m马达高速时输出扭矩 Mmmin=159⨯P ⨯qmin ⨯ηm2=159⨯24.5⨯17.4⨯0.001⨯95% =64.39N.m行走机构低速时输出扭矩 Mgmax= Mmmax ⨯i ⨯ηm2 =105.84⨯47.53⨯85% =4276N.m行走机构高速时输出扭矩 Mgmin= Mmmin ⨯i ⨯ηm2 =64.39⨯47.53⨯85% =2601.4N.m低速时行走牵引力 Tmax= 2⨯Mgmax/(Dk/2)=2⨯4276/(0.4158/2)=41135.2N实际低速时行走牵引力Tmaxa=Tmax - W=41135.2-2880N=38255.2N高速时行走牵引力Tmin= 2⨯Mgmin/(Dk/2)=2⨯2941/(0.4158/2)=25073.6N实际高速时行走牵引力Tmina=Tmin - W=25073.6-2880=22193.6N1．3．3爬坡能力计算设爬坡能力为：60%爬坡角度：α= arctan(60%) = 31°坡度阻力：W1 = Gsinα= 4800×9.8×sin(31°)= 24227.4N滚动阻力系数： f = 0.12滚动阻力W2= Gfcosα=4800×9.8×0.12×cos(31°)=4838.5N爬坡阻力W坡=W1+W2= 24227.4+4838.5=29065N因为最大牵引力Tmaxa=38255.2> W坡所以有60%的爬坡能力,由于受发动机油底壳的限制，本机爬坡能力为30°。
海瑞克土压6.3m盾构基本参数名称技术参数备注管片设计外径6米内径5．4米管片宽度1．5米数量5+1盾体前体 6.25x6.25x2.9米86.5吨中体 6.24x6.24x2.58米80吨前盾数量1个中盾数量1个直径6．25米不计耐磨堆焊层长度(前体和中体) 4．68米螺栓连接并带密封盾构类型土压平衡盾构最小水平转弯半径300米最大工作压力3BAR土压传感器(数量) 5个气闸连接法兰1个螺旋输送机连接法兰1个盾尾 6.23x6.23x3.61米30吨盾尾数量1个型式绞接长度3．61米密封3排钢丝刷注浆口4个DN50,单管推进油缸液压数量30个10组双缸+10组单缸分组数量4组推力34 210KN 最大300BAR行程2米工作压力300BAR伸出速度80mm/min 所有油缸绞接油缸类型被动式数量14个行程150 mm刀盘 6.28x6.25x2.6米65吨数量1个形式装配有滚刀式直径6．28米旋转方向左/右刀具配置4把17寸中心双刃滚刀，32把17寸单刃滚刀，28把齿刀（250mm宽），8组边刮刀（1组两把）。
刀盘上泡沫喷嘴数量8个中心回转体1个刀盘驱动数量1个形式液压驱动液压马达数量9个额定转矩6000KNm最大脱困扭矩7150KNm转速0~4.5转/分功率945KW 3x315KW主轴承形式固定式人闸数量1个形式双仓直径1．6米工作压力3BAR 测试压力4．5BAR 额定人数（容纳）3+2 主仓/副仓管片安装器管片安装器及行走梁5．0x4.0x3.8米22吨数量1个形式中心回转式抓紧系统机械式自由度6个旋转角度+/—200度比例控制管片宽度1．2/1．5米纵向移动行程2米比例控制控制装置无线、有线控制螺旋输送机形式双螺旋转、有轴式1号螺旋输送机13.4x1.2x1.4米23吨长度13．4米直径800mm功率160KW最大扭矩198 KNm拖困扭矩225 KNm转速1~22转/分无级调速最大出土量（理论值）285方/时100%充满时卸渣门1个测试压力4．５Ｂ竖向的防水连接1个２号螺旋输送机8.1x1.2x1.4米19吨长度８．１米直径800mm功率1１0KW最大扭矩1８０KNm拖困扭矩2０６KNm转速1~22转/分无级调速最大出土量（理论值）285方/时１００％充满时卸渣门１个后配套设施设备桥前端9.72x3.3x3.5米10.8吨设备桥后端9.0x3.3x3.5米11吨1号拖车11.5x4.5x3.5米20吨2号拖车11.9x4.75x3.5米37吨3号拖车12.3x4.85x3.5米27吨4号拖车16x4.5x3.5米26吨台车数量４＋设备桥在轨道上行走，开式结构管片吊车１个带机械抓紧装置液压单元１个包括过滤器和油箱冷却系统１个新鲜水２５℃由现场提供注浆系统1个注浆泵2台SWCHING泵，流量10方/时压力测量装置4个砂浆罐1个容量6方，带搅拌器泡沫发生器4个水泵1个133 l/min泡沫泵1台300 l/min膨润土注入系统1个膨润土储存罐1个容量6方，带搅拌器膨润土注入泵1台30方/时压缩空气供应系统1台空压机，含空气过滤器1台55kw,7.5barar,10方/min高压空气储存罐1个1000升压力气体调节装置2个DN65，在盾体内主驱动装置润滑泵1个200kg桶盾尾油脂泵1个200kg桶HBARW油脂泵1个60kg桶盾尾污水泵1个隔膜泵，12方/时，气动操作室1个带空调主副配电柜1个变压器1台2000 KV A双水管架1个工业水（进、出水管），DN80 高压电缆托盘1个可存200m电缆（含国产200m电缆）二次通风系统风机1个15kw通风管储存装置2个1米风管，100米储量小型起吊装置1个导向系统1个SLS-T-APD管片排序系统1个用于导向系统数据采集系统1个中英文界面数据传输1套电话线+调制解调器，及地面计算机和界面显示的软件电力系统初级压力10 kv次级压力400 v变压器2000 kvA 硅油型，IP55控制电压24 v/230 v照明电压230 v阀工作压力24 v频率50 Hz系统绝缘保护IP 55PLC S7 (西门子)功率配置刀盘驱动系统945kw液压系统供给泵55kw盾构推进系统75kw管片安装器45kw辅助设备22kw油冷却系统8kw润滑系统 5.5kw螺旋输送机270kw皮带机30kw泡沫发生装置22kw膨润土注射系统30kw砂浆设备38kw二次通风15kw空压机55kw电源插座及工地用电100kw合计1716kw。
土压平衡式盾构机控制原理与参数设置随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。
在我国的各项施工中，盾构机的种类越来越多，其中土压平衡式盾构机在上海、南京、广州等地铁施工中有着较为出色的表现，笔者以日本小松公司Φ6340盾构机为例，结合施工中的一点经验与理解，对其控制原理和参数设置等做简要总结。
控制原理土压平衡式盾构机的土压控制是PID自动调节控制，切削刀盘切下的弃土进入土仓，形成土压，土压超过预先设定值时，土仓门打开，部分弃土通过螺旋机排出土仓，从而保持土仓内土压平衡，土仓内的土压反作用于挖掘面，防止地层的坍塌。
土压的平衡控制是通过装在盾构机土仓隔壁上的土压计对掘进中的土压进行实时监视，土压计监测到的数值传送到PLC，PLC计算出测量值与设定值之间的差值E，通过PID控制，自动调整螺旋机转速，使E值趋向于零，当E值大于零时，PLC发出指令，增加螺旋机转速，提高出土量直至土仓内土压重新达到新的平衡状态，反之当E值小于零时，PLC 会降低螺旋机转速，以减少偏差。
以保持土仓内土压平衡，使盾构机正常掘进。
主要参数抽样周期：PID 演算处理的时间间隔，周期越短，动作越连续，但增加了单位时间的处理次数，因此PID以外的控制变慢，不需要细微变动时，可延长周期。
过滤系数：用来除去输入模拟值上的高频成分，数值越大，则过滤效果越强，系统反应也就越迟钝。
比例常数P:为了提高系统灵敏度，使土压保持在一定范围，把计测值与设定值的差值E 乘以一个系数，所得结果再与目标值相比较，这个系数就是比例常数P，P 值越大，调控效果越好。
积分时间I：系统引入比例常数后，PLC调控螺旋机的输出操作量mv=P*E,也就是偏差被放大了P倍，这样当系统产生偏差时，可能会使螺旋机转速突然增大或减小了许多，形成超调现象，于是又反过来调整，这就引起螺旋机转速忽大忽小，形成振荡。
为了消除振荡，引入积分环节，使操作量mv 在积分时间内逐渐完成，即螺旋机转速平稳变化，直到消除偏差。
盾构机主要技术参数表序号 项目名称 技术参数 备注 1 设备总长 35m 2 盾体长度 6,540mm 3 总重 200t 4 外径 6,340mm5 盾构型式 EPB 加泥土压平衡式6 土压传感器7 7 推进速度 0-5cm/min8 盾构变压器 800KVA9 盾构灵敏度 1.03 10 盾尾密封 两排钢丝刷 11 盾 构 总 体 参 数 最小转弯半径 300m12 外径×宽度 6,200mm ×1,000mm 13 内径 5500mm 14 每环数量 615 管片重量 6,200mm ×1,000mm 16 安装机旋转角度 ±210 17 举升能力 4.5T 18 刀具 割刀 19 超挖刀 220 旋转方向 正、反方向 21 驱动 液压 22 液压马达 8个 23 工作扭矩 3,180kNm 24 最大扭矩 4,730kNm 25 刀 盘 及 刀 盘 驱 动 转速 0-0.75rpm 26人闸 工作压力0.25MPa27 液压油缸数量 22 28 总推力 35,000KN 29 长油缸 3 个 30 推 进 系 统 长油缸行程 1680mm 31 推进系统 19个 32 短油缸 1200mm 33 油缸安全压力 32Mpa 34 推 进 系 统 油缸撑靴 尼龙式 35 型式 中心轴式 36 直径 702mm 37 转速 0-15rpm 38 螺 旋 输 送 机 闸门 滑动式 39 驱动型式 液压 40 皮带宽度 650mm 41 皮带长度 52m 42 皮 带 输 送 机皮带速度 1.2m/s 43 地面配电站1 套44 液压动力站 1 套（含冷却系统） 45 轨道输送列车 4 列（管片，排土） 46 发泡剂注入系统 1 套 47 泥浆注入系统 1 套 49 盾尾密封注脂泵 1台 50 轴流通风系统 1 套 51 导向系统 1 套 52 数据采集系统 1 套 53 盾 构 后 续 配 套 设 备地下通讯系统1 套 54供 初级电压10,000KVA55 次级电压 380V 56 频率 50Hz 57 照明电压 220V 58 电 参 数控制电压 24V/48V/110V 59 刀盘驱动385KW 60 推进机构 45KW 61 螺旋输送 74KW 62 皮带输送 15KW 63 主要部件功率配置管片安装10KW关键技术参数计算11.6.1 盾构推力 （1）计算原理盾构千斤顶应有足够的推力克服盾构推进时所遇到的阻力。
盾构机的主要部件及技术参数（一）盾构机主要部件盾构机主要部件1、盾体综述盾体根据本工程工况设计，盾体设计为梭型，即前盾直径〉中盾直径〉尾盾直径。
盾体包括三个主要组件：前盾、中盾、盾尾（1）前盾前盾由壳体、隔板、主驱动连接座、螺旋输送机连接座、连接法兰等焊接而成。
主要设计特点如下：①切口耐磨设计及固定搅拌棒前盾前部设计为锥形，并焊有耐磨层，增加耐磨性。
为了改善渣土的流动性，土压仓内隔板上设有两个搅拌棒，每个搅拌棒中间有一个注入添加材料通孔，加上隔板上两个加料孔共四个，其中两个搅拌棒注泡沫，另两个注膨润土。
搅拌棒强制搅拌渣土和添加材料，增加和易性。
搅拌棒表面用耐磨焊条网状堆焊，增加耐磨性。
隔板上有6个铰接式水平超前注浆孔，一个固定式水平注浆孔，满足地质水平加固的需求。
②前舱门人舱内部压力隔板上部设有Φ600mm前舱门孔和一个前舱门。
工作人员通过前舱门进入开挖仓检查更换刀具及处理仓内问题。
③土压传感器开挖仓内配置了6个土压传感器，可将压力信号传给PLC 并直观的显示在主控室内的显示屏上。
④其它隔板上设有一个电液通道和一个水气通道，当维修人员进入土压仓内维修刀盘或者更换刀具时，电液通道给土压仓内提供低压照明电源和焊接电源,水气通道给土压仓内提供切割部件所需的氧气和乙炔以及人员应急呼吸的新鲜空气。
此外隔板上还开有保压孔、进水孔、排水孔等，盾壳壁上设有6个膨润土接口。
（2）中盾中盾和前盾之间采用螺栓连接，中盾主要由连接法兰、两层隔板和米字梁组成。
主要设计特点如下：①铰接密封中盾和盾尾之间采用被动铰接形式，设计有两道密封，一道为橡胶密封，一道为紧急气囊密封。
正常情况下，橡胶密封起作用。
在异常情况下，或者橡胶密封需要更换时，使用紧急气囊密封。
在密封环端部设置压紧块，在压紧块和橡胶密封之间设置挡条，在端部利用调节螺栓使挡条压紧橡胶密封。
压紧的程度可用拧动螺栓进行调整。
图8.1 铰接机构示意图铰接部位设有三种注入口：A孔：用于向铰接密封加注油脂，防止铰接密封的渗透泄漏，沿圆周有6个。
1盾构机规格书1.1 适用范围该规格书适用于本盾构机。
1.2 盾构机技术规格及主要参数表盾构性能和参数序位项目名称号置适地层土质种类应工1作最小曲率半径条件最大坡度主机长度总重开挖直径前盾外径中盾外径盾构尾盾外径2整体前盾盾壳厚度中盾盾壳厚度尾盾盾壳厚度盾尾间隙装备总功率最大掘进速度参数备注粉质粘土、粉土，粉细砂、中粗砂、卵石圆砾层150m30%0约 9,080mm刀具前端到螺旋输送机尾部约 120 吨包括后配套φ4,180mmφ4,150mmφ4,145mmφ4,140mm40mm40mm40mm30mm约 600kW8cm/min最大推力16,800kN盾尾密封 3 道钢丝刷土压传感器土仓胸板左右 2 个可更换式主轴承寿命不小于 10000 小时最大工作压力4bar包括后配套总长约 90m形式辐条式驱动形式变频电动机驱动主驱动密封最大承受密封压力 1MPa压力开挖直径（ mm）φ4180mm最大转速 2.0rpm扭矩1931kN .m(100%)脱困扭矩2510kN .m(130%)3 刀盘扭矩系数α＝27.2，α＝ 35.4 （脱困）驱动功率45kW×6＝270kW刀盘开口率63.2%仿形刀形式油缸形式仿形刀行程100mm仿形刀数量 2 一备一用刀间距布置全断面切削中心刀类型 1 把鱼尾刀高 300mm高 115mm 20 把、高切削刀 40 把；100mm20 把内周强化先行刀24 把高 160mm12 把、高130mm12 把各种刀具的高差设置边缘刮刀 8 把高 115mm4 把、高100mm14 把可换周边强化先行刀 4 把高 160mm周边耐磨板 1 套型式主动铰接行程200mm铰4 接水平：± 2.00 度能满足最小 R150m的装最大转角水平曲率半径置垂直：± 1.00 度数量油缸 1500kN× 200st ×35MPa× 12pcs.类型L 型转速0～ 1.8 rpm管82kN片提升能力5 安装径向行程700mm器轴向行程800mm旋转角度左右 210 度推力（ kN）1200推行程（ mm）1950进推进油缸电机功率6油30kW数量（台）14缸最大工作压力（ MPa）35最大推力（ kN ）1000铰行程（ mm ）2007接油12缸数量最大工作压力 35 MPa形式 无轴带式 直径φ700mm(内径 )出碴量3127m /h （100％）螺8旋 功率37kW × 2=74kW机扭矩 68.3kN .m最大转速 13.2rpm 双层闸门配置双层闸门运输量3150m /h皮带 运送速度 140m/min 9运输 皮带宽度 800mm机驱动形式电动机驱动10变压器800kVA刀盘驱动电机用水冷套； 刀 11冷却系统盘密封用水冷套； 液压油箱用油冷却器； 双液注浆系统A 液泵 133 l /min ×1.5 MPa12 同步注浆系统×2 台；7.5kW × 2 台（变频电机）；B 液泵 13.3l /min ×1.5MPa × 2 台；1.1kW × 2 台（变频电机）；A 液罐 3.0m 3， 2.2 kW × 2 台；B 液罐 0.3m3泡沫注入 Max ：1100N l /min13 泡沫系统1 台搅拌箱 5m 3× 1.5 kW ×3 台；14泥浆注入系统泥浆泵 Max ： 200l /min × 1.5Mpa × 11kW × 2 台。
盾构及配套设备参数★盾构机系统及参数序号系统名称技术参数1 盾构机总体尺寸标称直径6140mm主机长度（刀盘-螺旋机尾部）约11m（8.68m）总长度(包括拖车) 67.88m最小转弯半径150m总重336t最大推进速度100mm/min最大推力37730kN最大工作压力刀盘密封1MPa、盾尾密封0.4MPa、铰接密封1.0MPa最大设计压力刀盘密封1.0MPa、盾尾密封0.5 MPa 1.0MPa2 盾壳（盾壳+刀盘）总长8705mm3 前体除耐磨层以外的直径6140mm前体长度3500mm盾壳厚度40mm隔板厚度40mm土压传感器4个隔板门数量1个搅拌臂数量8个超前注浆孔壳体10个、胸板8个重量（含设备）103t4 中体外径6140mm长度2240mm盾壳厚度40mm重量（含设备）80t5 盾尾外径6140mm长度2435mm盾壳厚度40mm（盾尾密封刷安装区域为14）密封刷数量3道重量（含设备）18t盾尾间隙30mm6 盾尾油脂系统泵站形式气压驱动管路数量1套号油脂注入点数量12个注入点分布均匀分布盾壳上管路布置形式外置式注浆口数量4处7 人员舱形式2室式舱门数量5个长度2570m直径1750mm操作压力0.3MPa容纳人数3+1人8 推进油缸油缸行程2150mm油缸数量22单缸最大推力1715kN全部油缸最大推力37730kN推进油缸分区数量 4行程测量油缸数量4只内置式油缸的伸出速度10 cm/min9 集中润滑油脂系统泵站形式电机驱动、2套管路分部10 拖车拖动油缸采用销连接形式油缸数量无11 刀盘刀盘形式面板形式刀盘开挖直径φ6170mm重量约26吨旋转方向左右方向进碴口最大宽度550mm搅拌臂数量8旋转接头管道 3刀盘上的泡沫注入口 5开口率43%12 刀具中心刀数量 1先行刀数量周边先行刀12，其它先行刀51把先行刀伸出刀盘面的高度110mm切刀切刀+刮刀数量88切刀伸出刀盘面的高度80mm号周边刮刀的数量12＋4超挖刀超挖刀数量 2超挖刀行程135mm旋转接头旋转接头数量 1泡沫1套液压管路 213 刀盘驱动旋转速度范围0.3～1.56rpm标称扭矩5147 kN-m （100%）脱困扭矩6176 kN-m （120%）驱动形式变频电机主轴承直径φ3600mm驱动马达(电机)数量驱动电机：8机械式迷宫密封1套内唇形密封系统1套（1个唇型密封、3道MY形密封）润滑脂给油系统外唇形密封系统1套（1个唇型密封、3道MY形密封）润滑脂给油系统最大承压能力1MPa使用寿命盾构机8km，主轴承10000小时。
