楊雲 李強 邱健
（濟南重（chóng）工股份有限公（gōng）司）
摘 要：主驅動是土壓平衡盾構機的關（guān）鍵核心部件，為（wéi）滿足施工需要（yào）並增強盾構（gòu）機（jī）的適應性，對主驅動中的主軸承、小（xiǎo）齒輪、減速機、驅動動（dòng）力、密封和潤滑、主驅動箱及其他方麵進行設計分析，並以某施工標（biāo）段為例（lì），確定相應主驅動結構形式及主要參數（shù）。
關鍵詞：土（tǔ）壓平衡盾構（gòu）機；主驅動；設計分析
盾構機必須（xū）根（gēn）據隧道工程地質、水（shuǐ）文（wén）和斷麵尺寸等（děng）施工環（huán）境和要求進行選型設計，土壓平衡盾構機主驅（qū）動用於支承刀盤並在施工過程中為（wéi）刀盤開挖掘進提供和（hé）控製所需扭矩。根據盾（dùn）構機幾（jǐ）何設計、刀具（jù）配置和刀盤結構，結（jié）合地層相應條件，計算確定推力、刀（dāo）盤扭矩和轉速等（děng）參數，為土壓平（píng）衡盾構機主驅動結（jié）構設計分析（xī）提供依據（jù）。
1 主驅動結構設計分析
土壓平衡（héng）盾構機主驅動主要包括驅動動力、減速機、齒輪副、主軸承、密封和潤滑、主驅（qū）動箱等，驅動（dòng）路徑（jìng）為驅動動力→減速機→小齒輪→主軸承→驅動盤→刀盤，具有傳遞扭矩（jǔ）大、結構複雜緊湊、控製精度高等特點。盾構機（jī）的施工性質決定主驅動必（bì）須具有可靠性高、同步性（xìng）好以及良好的操作性能，因此，需要對其關鍵零部件和結構進行設計分析。
土壓平衡盾構機主驅動結構一般設計過程主（zhǔ）要包括：
（1）總體結構（gòu）設計，確定主（zhǔ）驅動主要結構型式；
（2）對主（zhǔ）要傳動部件進行計算、選型及（jí）校核；
（3）驅動箱及環件設計；
（4）密封及潤滑係統設計；
（5）其他結構設計。
1.1 主軸承
主軸承（chéng）長期在重載、變載（zǎi）工況下工作，並同時承受軸向、徑向及傾覆力矩，要（yào）求可靠性高、使用壽命（mìng）長，目前較多采用三（sān）排組（zǔ）合圓柱滾子結構，其動套圈也作（zuò）為與小齒輪齧合傳動的大齒圈（quān）。根據各種工況及占比，初步選取圓柱滾子節圓直徑，計算當量動載荷，以達到（dào）基本額定壽命要求（qiú），計算當量靜載荷，控製主軸（zhóu）承的永久變形量，Z後進行接觸應力校核。
1.2 小（xiǎo）齒輪
小齒輪通常為漸開線直齒圓柱齒輪（lún），與主軸（zhóu）承大齒圈（quān）組成齒輪副，根據（jù）標準和手冊進（jìn）行幾何尺寸計算、強度和壽命校核，確定主要（yào）參數，進行詳細設計。
1.3 減速機
由於速比、扭矩和空間（jiān）限製，減速機選用行星齒（chǐ）輪減（jiǎn）速機，根據減速機工況條件，對減速機進行強度校核（hé）、熱平衡校核、徑向載荷校核等（děng）。
圖1 某變頻電機（jī）扭矩曲線（xiàn）圖（tú）
1.4 驅動動力
雖然近年出現永磁同步驅動、電液混合驅動等方式，但液壓馬達驅動（dòng）和變頻電機驅動仍是主驅（qū）動的現有主要驅動動力，液壓馬（mǎ）達驅（qū）動體積小、效率低、後續設備（bèi）多，較常用於中小型盾構，變（biàn）頻電機驅（qū）動（dòng）體積大、效率高、後續設備（bèi）少，較常用於大直徑盾構，從節能方向及發展趨勢來（lái）看，變頻電機驅動方式是刀盤驅動今後的發展方向。
以變頻電機驅動為例，在設計選型過程中，根（gēn）據刀盤額定轉速（sù）、額（é）定轉矩、脫困扭矩等參數，進而確定變頻電機功率、額（é）定扭矩、數量以（yǐ）及（jí）恒扭矩和恒功率範圍，某變頻電機轉速、功率和扭矩曲線（xiàn）如（rú）圖1所示。
1.5 密封和（hé）潤滑
根據主驅動結構（gòu）尺寸和工況條件，進行密封裝置的選（xuǎn）用（yòng）配置和潤滑介質的選用計算，防止密封滑動麵磨損和雜（zá）物（wù）侵入，保證主驅動處於良好的（de）潤滑狀態。
1.6 主（zhǔ）驅動箱
主驅動主要部件確定後即可進行主驅動箱結構設（shè）計，主驅動箱設計必須保證其具（jù）有足夠的強度和剛度。
1.7 其他
主驅動結（jié）構式設計（jì）時還應進行小齒輪（lún）滾動軸承選型及布置、螺（luó）栓選用、管（guǎn）路設計、耐磨網格布置（zhì）以及（jí）試驗工裝設計等。
2 實例（lì）分析
某施工標段刀盤轉速（sù）和扭矩如表1所示。
表1 刀盤轉速和（hé）扭矩參數表
表2 主驅動主要（yào）參數表
通過對主要部件進行計算和校核，確定主驅動主要參數如表2所示。
3 結語
盾構機主驅動結構複雜，結構設計時（shí）需要（yào）反複調整、校核，通過與（yǔ）控（kòng）製係統、流體係統結合，並在實際施工中驗證，不斷（duàn）分析、總（zǒng）結（jié），以使結構更加優化、計算選型更加準確（què）合理。
來源：《現（xiàn）代製造（zào）技術與裝（zhuāng）備》2018年09期
