盾构机刀盘滚刀座安装检测装置
盾构机刀盘驱动控制系统分析和使用
盾构机刀盘驱动控制系统分析和使用 [摘要] 刀盘驱动系统是盾构机的重要组成部分，本文分析了国内盾构机中刀盘常用的几种典型的驱动方式，结合广佛地铁十二标中罗宾斯盾构机的刀盘驱动系统进行重点分析。并使用GX Developer和GT Designer2进行联合仿真，分析其控制过程，供施工人员进行学习检修作参考。 [关键词] 盾构机；刀盘驱动；PL 前言 刀盘是盾构设备的重要组成部分，是进行掘进作业的主要工作装置。虽然盾构机刀盘工作转速并不高，但是由于广佛地铁十二标地质构造复杂、刀盘作业直径较大。要求刀盘的驱动系统需具备: 大功率、大转矩输出、抗冲击、转速双向连续可调。在满足使用要求的前提下减小装机功率，具备节能降耗等工作特点。盾构机中主要使用三菱电机自动化生产的Q2大型PLC进行分布式控制，各个部分在控制系统中分工明确，整个控制系统具有一定的复杂性。因此，刀盘的驱动系统以及控制系统必须具有高可靠性和良好的操作性能。通过使用GX Developer 和GT Designer2进行联合仿真可以很好地克服整套大型设备难以开展调试、学习、检查等工作的缺点。 1刀盘驱动系统分类 刀盘驱动系统是盾构机的主要系统之一, 分析盾构机刀盘驱动系统液压驱动方式和电驱动方式, 并对两种驱动方式进行了优缺点比较,结果如表1-1所示。 表1-1 驱动方式优缺点对比表 驱动形式特点 电机驱动能源使用效率高，噪音小，价格上比液压驱动具有优势，但是在前盾中占用空间比较大。 液压驱动起动力矩大，容易同步控制，效率低，噪音高。前盾内空间宽敞，后续台车配套设备所占空间比较大。 虽然液压控制在控制精度以及起动转矩方面有一定的优势，但是随着异步电机变频控制技术的发展和完善，在刀盘驱动中使用电机驱动技术更加符合生产和设备使用和维护实际情况。刀盘采用电机驱动将会越来越普遍。 2刀盘电驱动分析 电驱动方式分为单速电机驱动方式、双速电机驱动方式和变频电机驱动方式。单速电机驱动方式不能调节速度，近年来在投入和功能的比较上，越来越缺
盾构机构造及工作原理简介分析
盾构机构造及工作原理简介第二部分 四、盾构机的主控系统及工作原理 下图是天地重工生产的土压平衡盾构机示意图，通过这台土压平衡盾构来简单介绍盾构机的构造及工作原理。 盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。这个钢组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，同时还能够承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵，这个钢质组件被称为盾构。而盾构的主要组成部分即为盾体。 1. 盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体。前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有推进油缸。中盾的后边是尾盾， 尾盾末端装有密封用的盾前盾 中盾 后盾
尾刷。 2. 刀盘和刀盘驱动 刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体，刀盘通过安装在前盾承压隔板上的法兰上的刀盘电机来驱动。它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现无级变速。刀盘电机的变速齿轮箱内需设置制动装置，用于制动刀盘。电机的防护等级需大于IP55。 为了适用于不同的土质条件，刀盘上安装了多种类型和功能的刀具，所有刀具都由螺栓连接，可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。 刀盘(中交天和14.93米泥水气压平衡复合式盾构机) 铲刀：铲刀可以双向进行开挖，主要用于保证开挖直径的稳定不变。 铲刀
ATV71变频器在盾构机刀盘驱动中的应用
AT V71变频器在盾构机刀盘 驱动中的应用 郁陈华 (施耐德电气中国投资有限公司,上海200233) 摘要:盾构机刀头由多个电机共同驱动,控制电机的变频器必须保证负载能在多个电机之间平衡。同时,盾构机施工地点环境较差,环境温度高,粉尘污染严重。介绍了施耐德电气AT V71变频器及在盾构机刀盘驱动中的应用。描述了刀盘驱动对于电机控制的具体要求,并论述了如何利用A T V 71内置的功能设计实现这些要求。同时,描述了如何合理设计变频器的控制机柜来适应盾构机的特殊使用环境。经过数个工程的实践,证明上述方法能很好地满足变频器在盾构机应用的要求。 关键词:盾构机;负荷平衡;防护 中图分类号:T P29 文献标识码:B Application of ATV71on C utter Head of Tunnel Boring Machine Y U Chen hua (Schneider Electr ic (China)I nv es tment Co.Ltd ,S hang hai 200233,China) Abstract:T he cutt er head of t unnel boring machine is driven by multi moto rs.T he A C dr ive o f t hese mo to rs must guarantee that the t orque betw een different moto rs is w ell balanced.A t the same t ime,t he environ ment of tunnel bo ring machine is harsh,t he temper ature is high and ther e is heavy dust pollutio n.T he applica tion of A T V71o n cutt er hear d of tunnel bor ing machine was intro duced.T he requir ements to the drive co ntr ol of mot or o f the cutter head was described and discussed ho w to use the int eg r at ed functio n in AT V71to design the appro pr iate driv e co ntr ol system to meet these r equirements.A t the same time,the questio n o f ho w to de sig n the panel to adapt the special env iro nment in tunnel bor ing machine w as also discussed.T he practice o f sev eral pr ojects prov e that this so lutio n can meet the requir ement o f tunnel bor ing machine. Key words:tunnel bor ing machine;load shar e;prot ection against to ug h env iro nment 作者简介:郁陈华(1971-),男,研究生,工程师,Email:chenhua.yu@schneider https://www.360docs.net/doc/4c15883421.html, 1 引言 盾构隧道掘进机(盾构机)是一种隧道掘进的专用工程机械。现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体,具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能,盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。 用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点,在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下,用盾构机施工更为经济合理。 盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。 该圆柱体组件的壳体即护盾,它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用,承受周围土层的压力,有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。 盾构机的掘进过程大致如下:刀盘旋转,同时开启盾构机推进油缸,将盾构机向前推进,随着推进油缸的向前推进,刀盘持续旋转,被切削下来的渣土充满泥土仓,此时开动输送机构将切削下来的渣土排送至地面。 传统的盾构机刀盘是由液压驱动的,近几年出现了由变频器控制三相交流异步电机驱动的刀盘。显然,与液压驱动相比,电机驱动具有机械设 61 EL ECT RIC DRIV E 2010 V ol.40 N o.12电气传动 2010年 第40卷 第12期
盾构机结构详解
盾构机技术讲座 一.盾构机结构（EPB总体结构图） 盾构是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备,它集和了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能，目前，盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被广泛使用。其优点如下: 1. 不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。 2. 能够经济合理地保证隧道安全施工。 3. 盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输控制信息化。 4. 掘进速度较快，效率较高，施工劳动强度较低。 5. 地面环境不受盾构施工的干扰。 其缺点为： 1. 盾构机械造价较高。 2. 在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。 3. 隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。 4. 设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。 盾构作为一种保护人体和设备的护体，其外形（断面形状）随所建的工程要求不同有圆形、双圆形、三圆形、矩形、马蹄形、半圆形等。（如：人行道方形能最大限度的利用空间、过水洞马蹄形符合流体力学、公路隧道半圆形利用下玄跑车）。而因圆形断面受力好、圆形盾构设备制造相对简单及成本相对低廉，绝大部分盾构还是采用传统的圆形。 为适应各种不同类型土质及盾构机工作方式的不同，盾构机可分为三种类型、四种模式：
三种类型： （1）软土盾构机； （2）硬岩盾构机； （3）混合型盾构机。 四种模式： （4）开胸式； （5）半开胸式（半闭胸式、欠土压平衡式）； （6）闭胸式（土压平衡式）； （7）气压式。 软土盾构机适应于未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围岩。刀盘只安装刮刀，无需滚刀。 硬岩盾构机适应于硬岩且围岩层较致密完整，只安装滚刀，不需要刮刀。 混合盾构机适应于以上两种情况，适应更为复杂多变的复合地层。可同时安装滚刀和刮刀。 气压盾构是在加气压状态下的施工模式，即可用于泥水加压式盾构机，也可用于土压平衡式盾构机。
盾构机刀盘装配
盾构机刀盘装配 摘要：盾构机是一种专门用于开挖地下隧道的大型成套施工设备，在城市隧道的开挖中得到越来越广泛的应用。刀盘作为盾构机关键部件，在盾构机掘进过程中起到至关重要的作用，文章主要对刀盘的结构形式功能进行了分析，并对刀盘的装配工艺方法及工装工具的使用进行了阐述。 标签：刀盘;功能;结构形式;工装工具;装配工艺方法 引言 盾构机是用于软土隧道暗挖施工的大型机械设备。它具有金属外壳、壳内装有整机及部分辅助设备，在盾壳保护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进、管片拼装等作业，通过切刀刮削土体，使隧道一次成型。刀盘作为盾构机关键部件，具有开挖搅拌过流岩土、支撑掘进面等作用。 1 刀盘的功能及结构形式 1.1 刀盘的功能分析 刀盘位于盾构机最前端，作为各类刀具的载体，是盾构机开挖岩土的关键部件，其装配的好坏将直接关系到盾构机掘进的安全和效率。刀盘的作用主要有开挖土体、搅拌渣土、支护开挖面、阻挡大漂石等作用，具体如下： 开挖功能：通过布置于刀盘上的各类刀具，对掘进面的岩土进行破碎和切削，同时将开挖的渣土经刀盘开口刮入土舱并使用螺旋输送机运送到盾构机外。 搅拌渣土：通过刀盘后壁的搅拌棒对土舱内的渣土进行搅拌，防止结泥饼的同时还能达到利于排渣的目的。 支护开挖面：针对某些特定地质，大面板刀盘能起到支护开挖面的作用，并且开口率越小，作用越明显。 阻挡大岩石：螺旋输送机的输送岩土的能力是有限的，如果进入土舱的岩石过大将损坏螺旋输送机，通过刀盘结构的合理设计，可以将过大的漂石阻挡在刀盘外。 1.2 刀盘结构形式 刀盘的结构主要有辐板式和辐条式两大类型，辐板式刀盘一般为焊接箱型结构，其上设置刀座、刀具、开口、添加剂注入口及与主轴承连接部件;辐条式刀盘主要有轮缘、辐条及布设在辐条上的刀具组成，刀具布置在辐条的两侧，一般较难布置滚刀。目前，中国使用的盾构大部分为辐板式刀盘，下面主要对辐板式
海瑞克盾构机液压系统刀盘驱动主泵变量控制原理
海瑞克盾构机液压系统刀盘驱动主泵变量控制原理 德国力士乐A4VSG***/HD1...变量柱塞泵、变量控制原理
德国力士乐A4VSG750HD1/R***,斜轴式变量柱塞泵广泛的应用在“海端克”盾构机和中铁装备及中铁建所生产的盾构机液压系统中，，每台盾构机使用三(四）台此泵用于驱动刀盘旋转的八台A6VM500液压马达。 盾构机刀盘驱动液压泵是三台泵P口合流后，驱动八台液压马达式闭液压回路，这种群变量泵驱动群变量马达工作方式的一个重要技术指标是：三台泵输出压力、流量、变量特性及曲线一至。但在实际的工作状态下，很难做到输出压力一至、输出流量一至、变量特性一至，各种原因促使泵的技术特性不可能一至，就是新泵也不可能一至！使用到一定周期的泵差异就更大了，就是需要调整，本文作者本意是要打破技术壁垒，使盾构机液压维修人员了解此泵的变量制式，懂得泵变量油路走向，为故障提供分析检测依据，了解此泵上的各阀功能及调节参数，使盾构机能够长期的稳定无故障工作。 想了解学习此泵的变量控制人员，当先复制一份上面的液压变量原理图，手持原图与下面的沟画的图对照，了解控制油路的走向。
图一说明： 此型号的柱塞泵没有内置补油泵，需要外部提供变量控制、热油更换、稳定回油备压的油源。在盾构机液压系统中的一台螺杆泵排出的油源经过高精度过滤器后，从E口中进入到泵控制油路中。经过高精度过虑的控制压力油源，对于提高泵的使用寿命及减轻泵变量机构的磨损，维稳状态特殊重要。 在盾构机上，此刀盘泵要起动前，必需先起到补油泵，当补油泵压力建立后，系统中的压力传感器发出讯号给PLC后，才能起到刀盘泵。 刀盘泵的变量控制方式有二种状态，第一种是外控提供的压力油变量方式，第二种是自控压力油变量方式。 先谈第一种：外控提供的压力油变量方式，见上图，刀盘泵的电动机没有起动，外部提供的先导压力油已进入到泵的变量执行机构中，使泵的变量活塞保持在中位（此时：观察泵外观上的角度指示器如不在中位时、那一定是故障）。就是电动机起动带动刀盘泵运转后（泵变量的比例电磁阀的A、B没有指令，也就是没有电流值时），泵壳上的变量角度指示器也要保持在中位。 外部提供的压力油在泵壳的管路运行过程中，遇到第一个阀是“液控顺序阀”，它只在泵的A、B排油口内的油液压力小于25bar 时，起到液阻作用，由于这个顺序阀的液阻，使外供控制油源在阀前建立到25bar压力，这25bar压力油源通过比例阀、限压阀流动到变量活塞大、小控制腔内，达到活塞大、小端控制腔内压力平衡，使活塞保持在中位。 特殊说明;此型号的柱塞泵在各式变量变换中时，变量压力控制油永远直达变量活塞小瑞（小变量控制腔无任何控制方式），大瑞变量控制腔内的油液压力增大时，活塞从中位向左移动。大瑞变量控制腔内的油液压力减少时，活塞从中位向右移动。
常见盾构刀盘型式及选用
常见盾构刀盘型式及选用 作者:admin 摘要：目前常见的刀盘结构有面板式和辐条式2种基本型式，以及介于2者之间的幅板式刀盘。通过文献分析和工程经验总结，首先阐述了几种型式刀盘的结构、基本配置及工程应用。随后从刀盘土舱构造、开挖面稳定、土压平衡控制、砂土的流动性、刀盘负荷、障碍物的处置、地层适应性等方面，对2种基本刀盘型式的特性进行了比较和分析。 关键词：盾构；刀盘型式；面板式刀盘；辐条式刀盘 0 引言 国内外工程实践表明，盾构在施工中会遇到各种不同地层，从淤泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等。作为盾构机的关键部件之一，刀盘主要起到开挖土体、稳定工作面及搅拌土砂的功能，因此在掘进过程中刀盘工作环境恶劣，受力复杂。刀盘型式及结构关系到盾构的开挖效率、使用寿命及刀具费用。刀盘配置及选型主要依赖于工程地质及水文地质条件，不同的地层应采用不同的刀盘型式，但在地质适应性设计方面缺少完整的理论依据、经验数据及可靠的试验数据，在很大程度上还依赖工程经验。 1 刀盘结构型式 盾构刀盘由钢结构件焊接而成，目前其主流型式有2种：面板式和辐条式［1］。另外，还有介于2者之间的辐板式刀盘（由辐条和幅板组成）［2］。 面板式刀盘（图1、图2）一般为焊接箱形结构，其上设置刀座、刀具、开口、添加剂注入口及与主轴承连接部件。切刀布置在面板上开口的两侧，滚刀布置面板是刀座。刀盘开口率较小，在30%左右，属闭胸式。目前，中国使用的盾构大部分为面板式刀盘结构，如上海地铁施工用的是法国FCB盾构，北京、广州、深圳及南京等地用的是海瑞克盾构。 辐条式刀盘（图3、图4）主要由轮缘、辐条及布设在辐条上的刀具组成。刀具布置在辐条的两侧，一般较难布置滚刀。刀盘开口率很大，约在60%～95%之间，属开敞式。以往，辐条式刀盘应用较少。最近，在日本地铁工程中辐条式刀盘应用开始增多。中国盾构工法也开始应用辐条式刀盘，如北京地铁4号线使用的石川岛播磨Ф6.14m盾构（开口率95%）、小松Ф6.3m盾构（开口率62%）、上海地铁M6、M8使用的石川岛播磨Ф6.52m双圆盾构（开
盾构机的刀盘的设计资料
盾构机的刀盘的设计资料 盾构机的刀盘和刀具 The Cutter Head and Tools of the Shield Machine 豳中铁七局集团第三工程有限公司何小娥／HE Xiaoe 刀盘是盾构的主要工作部件，不同地质地层应采用不同的刀盘结构形式及刀具布置，刀盘及刀具的好坏关系到盾构施工的成败，影响盾构掘进的速度和效益，甚至关系到盾构施工的成败 1 刀盘 刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体。“刀盘”的工作原理可简单比作是一把剃须刀，在前进过程中逐渐将泥土砂石变成碎块，再排放到“刀盘”后的“储藏室”内，即，土仓。 1．1刀盘的特点 的切削效果和掘进速度，甚至关系到盾构施工的成败。个性化：盾构在施工过程中会遇到各种不同地层，从淤泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等。刀盘刀具不可能是千篇一律的，必须根据工程地质情况进行个性化设计。多样化：随着城市建设的加快，土地资源越来越珍贵，为了节省空间，越来越多的异形盾构出现，刀盘也随之变得各式各样。 1．2刀盘的功能
开挖功能：对掌子面的地层进行开挖，开挖后的渣土顺利通过渣槽，进入土舱。 稳定功能：支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能； 重要性：刀盘的选择是否合适直接影响盾构掘进机搅拌功能：对土舱内的渣土进行搅拌，使渣土具有一力值趋于减小。在低速情况下沥青混凝土路面呈粘弹性状态，刀具前角对切屑的挤压以及后角对已加工路面的摩擦使得刀尖附近的应力值增大；随着切削速度的增大，沥青混凝土在切削过程中脆性越来越明显，产生的切屑对前刀面的挤压程度降低，从而使得刀尖附近的应力值趋于减小；当速度达到一定程度的时候，这个值趋于平稳。另外还可以看出在切削过程中刀尖前端的沥青混凝土路面主要受到刀尖对其的挤压，从而oo。和 o，，呈现为负值；o。、a，，和o，，低速慢慢随着速度的增大而不断增大，这是因为沥青混凝土的粘塑性随着切削速度变化而引起的。 表3为切削深度为60 mm的不同切削速度下的刀具切削力计算结果。可以看出，切削速度100 mm／s 逐渐增大到1 000 mm／s的过程中，刀具受力增加比较缓慢，所以刀具所受到的冲击不是很大，刀具的磨损也不会很严重。切削速度从l 000 mm／s增大到6 000 mm／s过程中，刀具受力急剧增加，所以刀具的磨损将 表3切深为60 mm时不同切削速度下的刀具切削力
盾构机的结构工作原理
1 盾构机的工作原理 1．1盾构机的掘进 液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 1．2掘进中控制排土量与排土速度 当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 1．3管片拼装 盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。 2 盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用 盾构机的最大直径为6．28m，总长65m，其中盾体长8．5m，后配套设备长56．5m，总重量约406t，总配置功率1 577kW，最大掘进扭矩5 300kN·m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾休、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 2.1盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体，其外径是6．25m。 前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。 前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力，这30个千斤顶按上下左右被分成A、B、c、D四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。 中盾的后边是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接可以使盾构机易于转向。
盾构刀具布置分布形式
盾构机刀具配置 盾构机刀具配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容。本论文着重介绍了刀具的种类和切削原理，同时针对不同的地层情况，提出刀具的具体配置方式。针对盾构机在复合地层隧道掘进，解释了刀具配置的差异性、刀具配置的“矛盾”现象。结合工程实例，在砂卵石地层中（尤其是含大直径漂石）长距离隧道掘进的工况下，提出了盾构机生产厂家关于刀具配置新的设计理念和思路。最后提出了刀具配置设计中应考虑的因素。 1 、引言 盾构机刀具的配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容，其配置是否适合应用工程的地质条件，直接影响盾构机的刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率。 2 、刀具种类和切削原理 2.1、切刀（齿刀，刮刀） 切刀是软土刀具，布置在刀盘开口槽的两侧，其切削原理是盾构机向前推进的同时，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向（沿隧道前进方向）剪切力和径向（刀盘旋转切线方向）切削力，在刀盘的转动下，刀刃和刀头部分插入到地层内部，不断将开挖
面前方土体切削下来。切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。 2.2、先行刀（超前刀） 先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置。先行刀在设计中主要考虑与其它刀具组合协同工作。先行刀在切刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切刀创造良好的切削条件。先行刀的切削宽度一般比切刀窄，切削效率较高。采用先行刀，可显著增加切削土体的流动性，大大降低切刀的扭矩，提高切刀的切削效率，减少切刀的磨耗。在松散体地层，尤其是砂卵石地层先行刀的使用效果十分明显。 2.3、贝型刀
贝型刀实质上是超前刀，盾构机穿越砂卵石地层，特别是大粒径砂卵石地层时，若采用滚刀型刀具，因土体屑松散体，在滚刀掘进挤压下会产生较大变形，大大降低滚刀的切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。将其布置在刀盘盘圈前端面，专用于切削砂卵石。 2.4 、中心刀（鱼尾刀、双刃或三刃滚刀、锥形刀、中心羊角刀） 在软土地层掘进时，因刀盘中心部位不能布置切刀，为改善中心部位土体的切削和搅拌效果，可在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀（羊角刀），一般鱼尾刀超前600 mm左右。鱼尾刀的设计和配置方式如下：其一让盾构分两步切削土体，利用鱼尾刀先切削中心部位小圆断面土体，而后扩大到全断面切削土体，即将鱼尾刀设计与其它切刀不在一个平面上，即鱼尾刀超前切刀布置，保证鱼尾刀最先切削土体；其二是将鱼尾刀根部设计成锥形，
隧道内盾构机刀盘主驱动齿圈的修复技术
隧道内盾构机刀盘主驱动齿圈的修复技术 摘要：该文介绍了海瑞克盾构机刀盘主驱动齿圈的修复。详细说明了齿圈轮齿在不拆除和狭小施工空间的情况下，对焊接材料选取、焊接工艺、检测方法等的方案制定，成功的修复了大齿圈轮齿的过程。 关键词：盾构机，齿圈，修理 Abstract: this paper introduces the Shanghai g shield construction machine cutter tooth the restoration of the Lord drive circle. Detailed description of the gear tooth circle in the preservation and narrow space construction of welding material selection, the welding process, the detection method of decision-making, the success of the big circle gear tooth repair process. Keywords: shield construction machine, tooth circle, repair 1、产生的现象 盾构正在掘进，在盾体部位隐约能听见咯噔的声响，马上进行了全面检查，发现声音出现在前盾位置，仔细观察发现，中心回转体方位指针在出现声响的时候有滑移现象，初步判定可能为刀盘主驱动问题，后经确诊为刀盘驱动轴承齿圈损坏。 2、问题产生的原因 此处为437环，处在小转弯半径（200M）的施工段，正值全断面地层，微风化花岗岩，纹理结合紧密。掘进过程中刀盘扭矩一直处在180bar以上，渣土温度很高，最高达到68℃，齿轮油温度也徘徊在60℃～70℃之间，另外由于此盾构机为德国海瑞克早期型号，工作有7年多，推进里程为9公里以上，已接近使用寿命，部分机械零件老化严重。在广州这种复合层地层中掘进，长期的满负荷工作，轴承的疲劳磨损比较严重，鉴于以上因素，使得盾构机刀盘主驱动部位（含8个减速箱和驱动马达）发生了故障，8号减速箱内轴承损坏，导致轴承滚珠掉入齿圈中，从而导致大齿圈的轮齿和其他减速箱内的轮齿断裂。 图1 大齿圈轮齿损伤照片 3、处理措施 8个减速箱可以拆卸出来维修和更换，其维修难度较小，而在盾构机上的大齿圈由于机械本身设计和空间限制无法取出来更换，因此只能在现场进行维
盾构刀盘磨损及刀具更换.docx
15刀具使用维护及更换 一般规定 15.1.1北京地铁盾构隧道施工，多在粉细砂层、圆砾层及卵石层中进行， 刀盘、刀具磨损较大，须对刀盘、刀具磨损的检测及更换等有充分的估计。 在定购盾构机时，应充分考虑北京地层条件特点，确定盾构机的面板型式 以及刀具配置等，以满足北京地铁盾构施工的需要。 盾构施工前应根据地层的磨耗性、刀盘刀具类型及配置等制定刀具使用计 划。 盾构掘进施工前，应综合考虑地层条件，地面条件等因素，确定合理的可 能换刀位置。 施工中应使用泡沫、泥浆等添加材，并采取其它减磨、降矩措施，提高刀 盘、刀具的寿命。 15.1.6刀盘、刀具的磨损与施工参数的选择、施工方法等密切相关，应充分考虑 这些因素的影响，审慎施工。施工中应密切观察推力、扭矩、渣土性状、机体 振动状态等，分析其原因，采取应对措施。 应设定异常掘进的警戒推力及扭矩值，如遇异常情况，应立即停机检查。北 京地铁盾构隧道施工中的刀盘、刀具磨损现象非常复杂，详细情况正在调查 和研究中，随着调查研究的深入及施工经验的增多，将及时做补充修订。 刀盘及刀具的选择 15.2.1刀头材质的选择 1 刀具一般采用真空烧制的 E5类钢材，对于有特殊耐磨要求的刀具宜采用耐磨能力是 E5两倍的所谓 SINTER－ H1P真空烧制的 E3类钢材。 2表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料，可采用碳化钨或高铬堆焊焊条，堆 焊层硬度宜高于 HRC60 ；
3采用超硬重型刀，刀具背面实施硬化堆焊。 刀头种类及型状： 1主切削刀；其切入角度影响切削能力的发挥，应根据施工地层情况，选择 切入角度； 2主超前刀（也称先行刀）：采用主超前刀，一般可显着增加切削土体的流动性，大大降低主切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少主切削刀的磨耗。 3鱼尾刀：为改善中心部位的切削和搅拌效果，宜在刀盘中心部位设计一把 尺寸较大的鱼尾刀。 4盘圈贝型刀：实质上是超前刀，在盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂 卵石地层时宜采用。 5仿形刀：仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形 超挖切削创造所需空间。 刀具配置 1增加刀具的数量，即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量； 2采用长、短刀并用法，即长刀具磨损后，短刀具开始接替长刀具磨损。其高 低差一般为 20mm～ 30mm。 3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时，须采用 装卸容易的方法进行安装。 在北京地层条件下，应加大刀盘开口率，减少切削土渣在刀盘空间的滞留时间， 以保证土渣顺利进入土舱，减少刀盘、刀具的磨损。 刀具磨损的预测及检测方法 必须充分探讨刀头的耐磨耗性，事前预测磨耗量，制定切实可行的对策，以便施 工能顺利进行。 刀具磨耗量的预测 最外圈的刀具磨耗量的推测值可按下式计算：
盾构机刀盘材料选用
盾构机刀盘材料
一、工程概况 盾构机刀盘磨损主要原因为隧道穿越的地层主要为粘土沙，其中夹杂中粗砂、砾砂、卵石，砂性土摩擦阻力大，渗透性强，在盾构的推进挤压下水分很快排出，土体强度提高，故不仅盾构推进摩擦阻力大，而且开挖面土压力也较大，对刀盘的磨损会比较严重。再者外缘刮刀基体耐磨性不够，磨损后造成硬质合金脱落，从而使刀盘承受直接磨损，另外绞龙的耐磨性对刀盘和轴承止水密封面的磨损有间接影响。转场后将要面临更为严峻的地质构造。本次修复需要综合考虑以上问题，制定合理的堆焊修复盾构机刀盘材料，恢复刀盘原有外型尺寸，有效减少非正常磨损，保证后续正常的施工质量和进度。 二、编制依据 1、盾构机相关图纸和数据。 2、盾构机现有磨损情况。 3、焊材说明书与焊接技术参数。
三、修复工艺以及盾构机刀盘材料选择 1、设计尺寸： 主视图外径Ф6260mm，剖视图B-B显示：环带直径6230mm，刀盘厚度为450mm，耐磨环带宽度160 mm厚度50mm，耐磨块原有数量56块均匀分布。2、磨损情况： 周边磨损是所有盾构机的共同点，单边磨损量平均约10mm。包括刀盘A-A 剖视图斜面。盾构刀盘弧面镂空。主切刀部分磨损严重，需连同刀座一起更换。 3、盾构机刀盘材料选用： 考虑到母材为Q235，属于中碳钢，本次耐磨堆焊必须采用抗裂性优良的焊材打底，故而选用北京固本焊丝打底材料。为适应耐磨需要，耐磨层选用打击硬化材料，在盖面时采用高铬铸铁材料做盖面层，同时采用高铬铸铁材料焊接网格增加初期耐磨性。 4、测量工具： 制作辅助测量工具，以便对直径测量。 5、焊前处理： 焊接表面清洁，彻底去除泥沙、油渍，检查是否存在裂纹。 6、裸露结构部分需覆盖20MM厚钢板，然后按图纸尺寸恢复刀座位置焊接（预先割除原有边刮刀和耐磨块），其余部位除焊接耐磨块之外还要加装先行刀，包括面板，均匀分布。耐磨块材质依据提供封样样块。先行刀焊接26把。耐磨群板的割
盾构机刀盘驱动最优控制的分析
盾构机刀盘驱动最优控制的分析 摘要:结合盾构机实际的应用，对刀盘驱动常用的三种控制方式 的优缺点进行分析，提出的最优的控制方式。其控制效果良好，提高盾构机驱动系统的可靠性和工作效率。 关键词: 盾构机；变频驱动；最优控制 abstract: combined with the application on tunnel boring machine, analyse the advantages and disadvantages in three commonly used kinds of control mode on the cutter head drive, the optimal control mode was proposed. the control worked well, which improve the reliability of shield machine and production efficiency. key words: tunnel boring machine, optimal control, variable frequency drive 中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号： 1 引言 盾构机，是一种新型的隧道掘进设备，具有安全性高、可靠性好、开挖速度快、人员劳动强度小等特点，集机械、液压、电气技术与一体，涉及地质、土木、测量、控制等多门学科技术。随着城市地下交通网络的建立，盾构法施工已经在地铁、铁路、公路、市政、水电等工程施工中广泛应用。早期的盾构机多为液压驱动，随着时代的发展和科技的进步，交流变频调速技术已经成为盾构机发展的主要趋势。变频器对电机进行控制，是根据电动机的特性参数及电
变频器在盾构机的运用
东芝变频器盾构机刀盘驱动中的应用: 盾构机刀头由多个电机共同驱动，控制电机的变频器必须保证负载能在多个电机之间平衡。同时盾构机施工地点环境较差环境温度高粉尘污染严重。介绍了东芝盾构机专用变频器及在盾构机刀盘驱动中的应用。描述了刀盘驱动对于电机控制的具体要求并论述了如何利用东芝盾构专用变频器内置的功能设计实现这些要求。同时,描述了如何合理设计变频器的控制机柜来适应盾构机的特殊使用环境。经过数个工程的实践,证明上述方法能很好地满足东芝变频器在盾构机应用的要求。关键词:盾构机负荷平衡;防护；东芝盾构变频器 1引言盾构隧道掘进机(盾构机)是一种隧道掘进的专用工程机械。现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能,盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力施工速度快、一次成洞、不受气候影响开挖时可控制地面下沉、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的刚组建沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用承受周围土层的压力有时还成承受下水压以及将地下水挡在外面，挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。盾构机的掘进过程大致如下刀盘旋转同时开启盾构机推进油缸将盾构机向前推进,随着推进油缸的向前推进,刀盘持续旋转,被切削下来的渣土充满泥土仓,此时开动输送机构将切削下来的渣土排送至地面。传统的盾构机刀盘是由液压驱动的,近几年出现了由变频器控制三相交流异步电机驱动的刀盘。显然,与液压驱动相比,电机驱动具有机械设计简单、安装维护容易、控制灵活方便、成本低廉等诸多优点。因此电驱动在盾构应用中有着广阔的前景。2盾构机刀盘驱动的控制要求 电驱动的刀盘通常由6~22个电机经过各自的减速箱与一个差不多和刀盘等直径的大齿轮啮合来驱动整个刀盘驱动。因此从驱动的角度看这是一个多电机驱动同一负载的应用,需要负载平衡控制,即让负载均匀地分布到所有电机上否则部分电机将会过载,因为机械设计时考虑的总功率是多个电机功率之和。与其他需要负载平衡控制的应用相比,刀盘驱动的特殊性在于:1)电机的数量较多,许多应用中的负载是在2个电机或4个电机之间平衡的,如起重、炼钢转炉等,而刀盘的驱动要求负载在6~22个电机之间平衡;2)机械传动机构复杂,传动比非常大,所以,虽然总体上来说多个电机与刀盘之间属于刚性连接,但其实每个传动点的齿隙等参数很难达到一致,这些差别在设计负载平衡控制时必须充分考虑到。同时,刀盘的体积庞大,掘进中负载变化不可预知。由于减速机构复杂且减速比大,刀盘处负载和速度的微小波动都会在电机侧被成百上千倍地放大,这种大幅度的波动有可能会造成传动机构的损坏。为此,在刀盘驱动控制中,应尽量采取办法避免波动。盾构施工的环境一般都比较恶劣,高温、高湿、多尘在所难免,因此必须考虑到变频器的防护与散热问题。 3.东芝盾构机专用变频器在刀盘驱动中的应用 东芝盾构机专用变频器是东芝机器产业最高端的一款变频器,可以实现闭环矢量控制,过载能力达到了200%,功率范围从0.75~500kW。东芝盾构机专用变频器还内置了大量的应用功能,如抱闸逻辑、多段速、限位开关管理等以适合各种各样的生产工艺。针对盾构机的特殊要求,东芝盾构机专用变频器通过灵活组合内置的负荷平衡功能、主从功能、多配置功能很好地实现了这些要求。盾构机的刀头由6~22个电机驱动,需要将负荷均匀地分配到每个电机上。通常,对于这类多电机驱动同一负载的控制有2种经典的方法。第1种,滑差自适应法。通常交流异步电机的自然特性是下垂的,见图1。 电机的实际转速与由供电频率和电机极数决定的磁场转速之间有一定的差异,称为滑差。对通常的交流异步电动机而言,在一定的范围内,滑差和负载之间有近似的线性关系,并且负载越重,滑差越大,意味着电机的转
复杂地层盾构机刀盘刀具优化设计
复杂地层盾构机刀盘刀具优化设计研究 摘要：在盾构法隧道穿越江河过程中，刀盘刀具是保证盾构施工的重要部件，在盾构施工时，选用何种刀具配备通常取决于盾构机掘进的地层条件。本论文以西气东输二线北江盾构穿越工程为例，介绍了盾构机刀具的种类和切削原理，并针对广东地区特殊地质情况，优化设计泥岩等复杂地层盾构机刀盘刀具的配置。 关键词：北江盾构；刀具种类；切削原理；优化设计 abstract: in the process of shield tunnel across the river, cutter head is the guarantee of the important components of shield construction . choose tools type in shield tunnel usually depends on shield construction machine tunneling formation conditions. this paper introduces the type of shield construction machine tools and cutting principle on the basis of the west-east second line of shield beijiang river project and according to situation of guangdong area complex stratum, it optimize cutter head configuration when shield tunnelling in shale and sandy 中图分类号：tg501 1 盾构机刀具种类 刀具是是盾构机重要的部件，在盾构施工时选取何种刀具通常
盾构机的刀盘
盾构机的刀盘 北京固本科技有限公司胡建平 盾构机的刀盘是一种用于隧道暗挖施工,具有金属外壳,壳内装有整机及辅助设备,在钢壳体掩护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业,而使隧道一次成形的机械。盾构机按掘进方式分为人工、半机械和机械化形式。目前机械化盾构发展较快,它由刀盘旋转切削地层,采用螺旋输送机或泥浆管运送渣土,在壳体内拼装预制管片,依靠液压千斤顶推进。 一、盾构机的刀盘 1.刀盘布置及磨损分析 1.1刀盘布置 刀盘的结构既要考虑刀盘的开挖性能,又要考虑渣土的流动性及掌子面的稳定性。刀具的布置方式需要充分考虑工程地质情况。本工程中盾构主要穿越砂性土,砂性土摩擦阻力大,渗透性强,在盾构的推进挤压下水分很快排出,土体强度提高,故不仅盾构推进摩擦阻力大,而且开挖面土压力也较大,对刀盘的磨损会比较严重。另外,盾构土仓内刀具切削下来的砂土不易搅拌成均匀的塑流体,因此需要设置渣土改良设备。鉴于上述工程实际情况,本工程盾构机采用了如图1所示的辐板式刀盘。盾构刀盘由钢结构件焊接而成,目前其主流形式有面板式、辐条式及介于二者之间的幅板式。辐板式刀盘兼有面板式和辐条式刀盘特点,由较宽的辐条和小块幅板组成,刀具分别布置在宽辐条的两侧和内部。辐板式刀盘不仅使得土压平衡更易于控制,土砂流动顺畅,不易堵塞刀盘开口,且刀盘扭矩阻力小,保证有较好的掘进性能,又能节省设备投资,而且较大的面板有利于布置较多的刀具,同时较小的开口率也有利于保护本工程中容易坍塌的砂性土围岩的稳定。 1. 2盾构机磨损情况 盾构机到达重工街站后,立即对盾构机及刀盘进行清理、检查,发现盾构机刀盘外周磨损非常严重。盾构刀盘本体外缘侧板磨损在纵向方向上呈现中间大、两头小近似V形,在
刀盘设计理念及变迁概要
盾构刀具 盾构机刀具配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容。本论文着重介绍了刀具的种类和切削原理，同时针对不同的地层情况，提出刀具的具体配置方式。针对盾构机在复合地层隧道掘进，解释了刀具配置的差异性、刀具配置的“矛盾”现象。结合工程实例，在砂卵石地层中（尤其是含大直径漂石）长距离隧道掘进的工况下，提出了盾构机生产厂家关于刀具配置新的设计理念和思路。最后提出了刀具配置设计中应考虑的因素。 1 、引言 盾构机刀具的配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容，其配置是否适合应用工程的地质条件，直接影响盾构机的刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率。 2 、刀具种类和切削原理 2.1、切刀（齿刀，刮刀） 切刀是软土刀具，布置在刀盘开口槽的两侧，其切削原理是盾构机向前推进的同时，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向（沿隧道前进方向）剪切力和径向（刀盘旋转切线方向）切削力，在刀盘的转动下，刀刃和刀头部分插入到地层内部，不断将开挖面前方土体切削下来。切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。 2.2、先行刀（超前刀） 先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置。先行刀在设计中主要考虑与其它刀具组合协同工作。先行刀在切刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切刀创造良好的切削条件。先行刀的切削宽度一般比切刀窄，切削效率较高。采用先行刀，可显著增加切削土体的流动性，大大降低切刀的扭矩，提高切刀的切削效率，减少切刀的磨耗。在松散体地层，尤其是砂卵石地层先行刀的使用效果十分明显。 2.3、贝型刀 贝型刀实质上是超前刀，盾构机穿越砂卵石地层，特别是大粒径砂卵石地层时，若采用滚刀型刀具，因土体屑松散体，在滚刀掘进挤压下会产生较大变形，大大降低滚刀的切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。将其布置在刀盘盘圈前端面，专用于切削砂卵石。