某地铁盾构机的选型

某地铁盾构机的选型

盾构机工作原理

土压平衡功能模式的工作原理就是盾构必须在土压平衡状态下进行隧道掘进。将刀盘开挖下来的渣土填满泥土仓，装在切削刀盘后面及隔板上的搅拌臂对泥土仓内的泥土强制搅拌。借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力作用于整个作业面，使作业面稳定，刀盘切削下来的渣土量与螺旋输送机向外输送量相平衡，维持泥土仓内压力稳定在预定的范围内。

盾构机主要尺寸、技术性能和参数

本工程初步拟定的盾构及主要参数见下表，待中标以后根据实际情况做进一步修正。

关键参数的复核

1、推力的选取及验证 按照经验公式进行验算

()kN D F 2⋅=β

式中：β为经验系数，取500～1200；D 为盾构外径，D ＝6.45m ；

kN F 49923~2080145.6)1200~500(2=⨯=

本盾构机设计总推力为40000kN ，大于经验计算最小值，说明盾构机的推力是足够的。

2、扭矩的选取及验证

当用刀盘扭矩的经验公式计算刀盘扭矩时 T=αD3

式中：α：扭矩系数，取α=1.6 T=1.6×268.336=429.3t •m=4293 kN.m

本盾构机最大扭矩T=4470kN.m ，脱困扭矩Tmax=5340kN.m ，可同时满足经验计算的要求。

刀盘的驱动功率

1、刀盘驱动所需功率 式中：Tc 为刀盘驱动的最大扭矩；Tc=534 t 〃m ；n 为刀盘最大扭矩时的转

速。

9550

n

T P c ⋅=

＇

与盾构机设计的最大扭矩相对应的转速为0.45 r/min ，则刀盘执行机构实际功率为：

2、液压马达所需总功率

其中：ηm 为马达效率，ηm=0.85；m 为液压马达数量，m=8 每个马达功率为：

3、驱动电机的总功率

其中：ηd 为电机效率，ηd=0.9

本盾构机刀盘电机配备的功率为945kW ，在满足上述计算要求的情况下，仍有较大富裕，以应付掘进过程中不明因素的影响。

盾构推进所需功率

盾构机最大推进功率PT 可按： PT=F 〃V

式中：F---总推力，F=4000t ；V---最大推进速度，V=8cm/min ；PT=4000×10×8×10-2/60=53.3kW 。

本盾构机的推进功率取值为75kW ，可满足上述要求。

螺旋输送机参数

1、输送量Q

理论出土量QL 可按：

式中：D 为盾构的开挖直径，D=6.45m ；Vmax 为盾构的开挖速度，Vmax=8cm/min

kW P 6.2519550

45.0105344=⨯⨯=＇

kW P P m 29685

.06.251==

＝＇ηkW

P

P d

z 9.3289.0/296===

ηkW 378

296

P m ===

m P max

2

4

V D Q L ⋅⋅⋅

=πα

×60=4.8m/h ；α为土的松动系数取为，α=1.5

本盾构机的螺旋输送机的

输送能力为385m 3/h ，可满足计算要求。

2、螺旋输送机驱动功率 螺旋输送机所需功率：

式中：w0为物料阻力系数，取3.2；γ为土的容重，取1.90t/ m 3；L 、H 为螺旋输送机的水平长度和高度

初定螺旋输送机的长度为10m ，倾角为23°则计算得电机所需功率为75.51kW ，本盾构机螺旋输送机驱动电机功率200 kW ，可以满足上述计算要求。

皮带输送机的参数

皮带输送机的输送量为450 m 3/h 。 确定带宽B

式中：Q 为皮带输送机的输送量为450m3/h ；Kd 为端面系数，查表Kd =355；Kv 为速度系数，查表 Kv =0.96；K β为倾角系数，查表K β=1；V 为带速，V=2.5m/s 。

现皮带宽度为B=800mm ＞727mm 。满足上述要求。 2、皮带输送机的功率计算

皮带输送机的功率即为电动滚筒的功率，电动滚筒的功率N 可按公式：

及

()f h z h k K H Q Q L K V L K N ⋅⋅⋅-⋅⋅+⋅⋅=00273.00

/h

m 8.1568.44

45.65.132

=⨯⨯⨯

=πL Q )

(367

0H L w Q P L L +⋅⋅=

γ

η

N K N q

≥V

K K K Q

B v d β≥

kW N 78.1088

.078

.64.1=⨯

≥m m

B 7275

.2196.0355450

=⨯⨯⨯≥

计算得

本盾构机皮带输送机配备功率为30kW，满足上述计算要求。