盾构机刀盘扭矩及盾体推力计算方法研究

《盾构机刀盘扭矩及盾体推力计算方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、盾构机刀盘扭矩及盾体推力计算方法研究*邓立营**刘春光党军锋北方重工沈阳重型机械集团设计研究院辽宁沈阳110025摘要：盾构机刀盘驱动扭矩及盾体推力，是盾构机设计的2个最重要的基本参数。在分析了土压平衡盾构机刀盘扭矩及盾体推力组成部分的基础上，结合相关土体力学的基础知识，对其各组成部分进行了建模和求解，从而建立了盾构机刀盘驱动扭矩及盾体推力的计算公式，并通过实例进行了计算验证和分析。关键词：盾构机；刀盘扭矩；盾体推力；土压平衡；土体侧压力系数；土体重力密度中图分类号：U455.43文献标识码：A论文编号：1001-3954(2010)17-0013-04Researchonm

2、ethodofcalculatingtorqueofcutterheadofshieldmachineandthrustofshieldDENGLiyingLIUChunguangDANGJunfengDesignInstitute,NorthernHeavyShenyangHeavyMachineryGroupCo.,Ltd.,Shenyang110025,Liaoning,ChinaAbstract：Thedrivingtorqueofcutterheadofshieldmachineandthethrustofshieldaretwoimportantparameter

3、sduringthedesignofshieldmachine.Basedontheanalysisofthecompositionofcutterheadtorqueandthethrustofshield,themodelingandsolvingofeachcomponentwereconductedincombinationwithbasicknowledgeofsoilmechanics.Thentheformulaforcalculatingthedrivingtorqueofcutterheadofshieldmachineandthethrustofshiel

4、dwereestablished,andtheactualcalculationandanalysiswiththeseformulaswerecarriedoutalso.Keywords：shieldmachine;torqueofcutterheader;pressurecoefficientofearth;gravitydensityofearththrustofshield;earthpressurebalance(EPB);lateral年来，随着城市地铁建设规模的不断扩大，土1刀盘结构及扭矩的构成土压平衡盾构机刀盘结构及安装如图1所示。近压平衡盾构机得到了越来越

5、广泛的应用，其关键技术也引起了我国政府相关部门、高校、科研院所以及生产制造单位的重视。盾构机设计一般遵循“量体裁衣”原则，即：首先要根据盾构施工的具体地质特点，确定其刀盘的驱动扭矩及盾体(刀盘)总推力，以便确定刀盘主驱动及盾体推进系统的装机功率。笔者在分析盾构机刀盘驱动扭矩及盾体推力构成的基础上，通过相关数学建模及求解，给出了土压平衡盾构机刀盘驱动扭矩及盾体总推力的计算方法。盾构机在地下掘进过程中，刀盘的正面、侧面均受到土体压力，从而对作业中的刀盘产生摩擦阻力；土压仓内充满了刀盘开挖下来的碴土，在压力的作用下会对刀盘的背面产生摩擦阻力；刀盘上的刀具在切削土体时受到地层抗力，从

6、而对刀盘产生摩擦阻力扭矩；刀盘搅拌棒及支撑梁也会受到土压仓内土体的摩擦阻力；密封及主轴承在刀盘旋转过程中也会产生摩擦阻力扭矩。因此，土压平衡盾构机刀盘扭矩的构成是[1-2]：①刀盘正面与土体之间的摩擦阻力扭矩T；②1刀盘背面与压力舱内的土体摩擦阻力扭矩T2；③刀盘侧面与土体之间的摩擦阻力扭矩T3；④刀具切削土体时的地层抗力产生的扭矩T4；⑤刀盘搅拌阻力*国家863高新技术研究发展计划(2007AA041806)；国家科技支撑计划(2007BAF09B01)**作者简介：邓立营，男，1974年生，硕士，2006年毕业于东北大学机械设计及理论专业，主要从事盾构机设计及研发工作。1

7、3采掘本栏目编辑杨健翟小华2π─D2T＝Kfγ(H-rsinθ)r2drdθ＝100πD3──KfγH(kN·m)，(1)12──K1KfγH(1-η)(kN·m)，(3)212摩擦阻力扭矩T7。1其所处位置的覆土深度有关，受力模型如图3所示。随着角度α的变化，刀盘顶部受力不断变化，刀盘侧面的垂直土压力如图3(b)所示。在刀盘上B点的覆土厚度与A点的相同，如果忽略刀盘的自重(刀盘的重力通过主轴承由盾体来支撑)，则刀盘底部的竖向土压力应该与顶部的垂直土压力对称。根据土力学理论，土体中某点的侧向土压力应等于