袖珍盾构刀盘及液压零碎设计

周庆祥  张海东  张 潮  

石家庄乘火车旅行学会机械工学院  河北 石家庄 050043)

摘  要:本文还击清楚的地质保持健康的隧道设计成绩停止了讨论。、创造的Φ1.2 m微土压力抵消打碎的物体刀具体系安置设计,营造了T形刀具装填的数学创造者。,并地面创造者停止了片刻的原理剖析、计算与有限元剖析,产物弄清,该刀具的体系安置设计毫无疑问的必要量。。

键入词:袖珍盾构机;刀盘;液压零碎 

0  小引

眼前,顶管破土技术在MU破土中得到了普遍的请求。,但跟随破土间隔的延年益寿,顶力缺少。、顶进公开轻易把持的成绩〔1〕。袖珍盾构机在地方政权机构PIP破土中间的请求,同时贫穷量长年累月增殖。,英国、德国、日本等声明对此停止了深化的认为怎样。,并普遍请求于地方政权机构管道解释。。在我国,袖珍盾构机开展慢慢地。,译成奇纳地方政权机构管道重建技术的一大空白〔2〕。

刀盘是盾构机的键入结合的,是决议课题成败的键入。结合的。刀盘的设计立即引起盾构机的效力。、布道所进度表与工程经济效果。刀盘的设计必要地面清楚的的地质条款停止设计。,显得庞大设计师不具有地质和视野工程知。,盾构破土也缺少经历。,设计解剖器不克不及一套外衣隧道的地质条款。,对建筑业发生了认真的的引起。。从现实贫穷动身,地质与视野工程知,带压差的小型土压抵消盾构刀盘,剖析雨、雪等猛烈的工序中刀盘的受力限度局限,并停止了有限元剖析。。做完产物弄清,袖珍盾构刀盘毫无疑问的设计和运用必要量。

1 总规则设计

袖珍袖珍土压抵消盾构机的次要安置、盾体、主驱车旅行零碎、促进零碎、铰接零碎、占便宜保送机等结合的,并设计了动身四轮马车和湿粪车。,为了赚得盾构开枪和倾倒的效能。。如图1所示,为Φ1.2 m小型土压抵消盾构机安置示意图。

图片1.png

图1 袖珍袖珍土压抵消盾构机次要安置图

如图2所示,为了小型盾构机。盾牌的直径是,音长为,安置分为前挡板。、中盾尾盾。中盾尾盾中间采用冷漠的被翻译零碎衔接,赚得车床工厂审核,增加情感。同时阻止损伤过载,铰接杆建立在每个铰接的圆筒中。,它能灵验地阻止铰接圆筒的减轻。。 

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图2  Φ1.2 袖珍盾构机

小型盾构的基本参量如表1所示。。 

表1 基本参量

                                                                明确           技术参量
                                                              护罩直径              1.2 m
                                                              护罩音长               2.32 m
                                                            促进缸数                6根
                                                            铰接圆筒数             4根
                                                              推进旅程             400 mm
                                                              关键型           冷漠的被翻译
                                                            最大总油烟              1356.48 kN

2 刀盘受力剖析与计算

刀盘是盾构机的键入结合的,是决议课题成败的键入。。刀盘的体系安置设计其中的哪一个有理?,隧道雨、雪等猛烈的中盾构破土的效力将立即受到引起。,它也会引起刀盘的运用寿命[3 ]。。 到这地步,刀盘的设计在不变的巷道中起着至关重要的功能。。到这地步,在设计刀盘时,,熟习刀盘的布道所装填。,并对刀盘停止了力学剖析。。但是,盾构破土是在神秘的停止的。,立即从刀具中获取静态装填数据是很拮据的。。

刀盘体系安置设计

刀具的安置整队有面板式。、辐条式,为了一套外衣粉质粘土、中细砂层、小土石和其他的清楚的壤条款,带径向板的袖珍盾构刀盘设计,如图3所示,为了一套外衣清楚的的队形或分成层次,刀具启齿率可以。思索地质条款和刀具安置对EXVA的引起,刀具的安置采用了同心圆安置法。如图4所示,刃面部所受的打击坐落于刀盘四周。,当刀具布道所时,磨损是最认真的的。,为了阻止破土工序,刮板的磨损增加了开掘的直径。,放量计划尽量多的铲运机。。同时,要懂刀具轻易磨损的成绩。,耐磨条焊在切削器和面板上。,增加刀具和面板的耐磨力度。,解剖器的参量如表2所示。。 

图片3.png        图片4.png             

                                                  图3  刀盘性质上                                     图4 刀具安置图

表2 刀盘参量

         旋转公开             边界面部所受的打击数           量铲运机数目             兴奋阀数              次要安置重要的            启齿率
         双向旋转              6             18               1            Q345C             -0.6

2.2 刀盘受力剖析  

2. 刀具旋转的剖析与计算

盾构破土技术,圆盘四周和表面的压力受到土压力的引起。,土与土中间的摩擦阻碍矩。则:

             (1)

式中,刀盘总旋转;刀盘摩擦阻碍矩与土体质量;刀具侧和壤的摩擦阻碍矩;割刀下壤发生的将切开旋转;搅拌棒发生的旋转和壤仓中间的壤。;土箱奇纳和刀盘的摩擦阻碍矩。

这是在转动解剖器的工序中。,刀盘与壤摩擦阻碍矩,如图5所示。

图片5.png

图5 刀盘与土体间摩擦力矩示意图

在这样的事物点上,刀盘口头上的壤的压力是

                 (2)

点处的摩擦阻碍矩

                                       (3)

公式集(3)的使一体化,点的周向摩擦力矩是

                                        (4)

刀具口头上的的摩擦阻碍矩为

                        (5)

式中,为摩擦率;为土体容重,单位;刀盘相位差,单位M;刀板埋深,单位M;刀盘心脏的横向土压力,单位兆帕。

刀盘表面与壤中间的摩擦力矩,与使坐落在的土压力关于,则

                                                              (6)

式中,为刀盘外侧与土体间的摩擦阻碍,从刀具心脏到摩擦阻碍点的间隔。

当壤的将切开力发生的旋转麝香克制。,面部所受的打击旋转切削土体发生的队形或分成层次抗剪切力矩由库伦创造者得第i把面部所受的打击所处方位土体抗剪力度为

                                                    (7)

这时发生的壤正压是

                                          (8)

上弦面部所受的打击区壤面积

                                                 (9)

上弦当铲运机用来解剖壤时对壤队形的抵抗力。

                                                         (10)

总而言之,面部所受的打击运用时刀盘上队形或分成层次的将切开力矩

                          (11)

式中,为土体内聚力,单位;土的内摩擦角;刀具土正压,单位;原生的切削刀具的切削面积。,单位;刀具与刀盘心脏中间的间隔。,单位;切削刀具方位的极值角。;关于原生的刀具宽度;关于器的前角;刀具刀数;为雨、雪等猛烈的周转率,单位;刀具迅速前行,单位。

搅拌棒与壤中间的摩擦阻碍矩,如图6所示,则

                                                      (12)

图片6.png

图6 搅拌棒的受力及建立方位

式中,搅拌棒数;搅拌棒侧压力,单位;搅拌棒直径,单位M;搅拌棒音长,单位M。

盾构破土不变的时,相似地土界中间的反应式队形或分成层次。。思索到壤中间的壤不见得被全部壤包装。,则

                      (13)

式中,刀盘后部摩擦力矩的管理系数,普通采用。

刀具油烟剖析与计算

盾构雨、雪等猛烈的工序,刀盘所受油烟大小人次要思索刀盘外侧与土体间的摩擦阻碍和刀盘表面在前面促进队形或分成层次阻碍。

                                            (14)

式中,刀盘油烟,单位;刀盘外壁与土体的摩擦阻碍,单位;刀盘前阻碍,单位。

疏忽刀具结合的,以刀盘圆状物外侧受到的土体压力摆布匀称的、摆布匀称的计算,微弧冷弧竖向土压力与横向土压力

                      (15)

                      (16)

式中,浮体密度,普通采用值视野为8~13 ;无效压力系数;队形或分成层次摩擦率;盾构刀盘直径,单位M;队形或分成层次与地表中间的土界厚度,单位M。

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图7 刀盘四周壤压力散布

如图7所示,、它代表了铅直土压力及其铅直结合的。;、周向土压力及其竖向结合的。刀盘外周摩擦阻碍

                                    (17)

式中,刀具厚度,单位M;盾构刀盘静重,单位。

刀具头的阻碍在前面促进。,从图5

                       (18)

 有限元剖析

当刀具布道所时,经过选择计算刀具的力度和扭曲。。表3是盾构机和地质的次要参量。。

                                                                表3 盾构与地质次要参量     

压力系数  刀具启齿率 30%
刀具侧宽 5 m 加工直径 1.22 m
摩擦率 护罩吃水 4 m
土体重力密度 19.5 kN/m3 刀宽 0.2 m
土体单轴抗压力度 800 kPa 刀盘最大迅速前行 5 r/min

                                                                       表4 重要的参量

                              重要的                    Q345C
                              密度                  7 800 kg/m3
                            弹性模量                    206 Gpa
                             横向变形系数                    
                            许用应力                    105 Mpa

刀盘的重要的参量如表4所示。。刀具油烟由F计算。,总旋转为30。 kN·m。

做有限元剖析时,选择最小开度比。,营造了装填最大时的三维创造者。,思索盾构隧道破土复杂的装填条款,在刀具上请求40。 KN油烟,35 KN m旋转,经过有限元剖析软件Ansys 剖析布道所台,产物如图8所示。,图9显示,最大应力33 Mpa,以内105MPa,扭曲量最大,满的毫无疑问的运用必要量。

         图片8.png         图片9.png

                           图8 应力云图                                          图9 扭曲云图

3 液压零碎的设计与剖析

小型EPB盾构机液压零碎次要由解剖驱车旅行、促进零碎、铰接零碎和占便宜保送机传动零碎等。。如图10所示,水力泵站物质的图。

由于袖珍盾构的内部空间恰好是难懂的。,水力泵站无法随盾构机进入隧道,静止的更多的液压管道。,破土不合适的,关于这一点意思,促进阀组只建立在护罩中。,无效增加水力泵中间液压形成河道的数目,优选法液压形成河道。

促进零碎与铰接零碎的设计

促进零碎是盾构机的键入零碎。,次要承当盾构促进的布道所。,同时赚得了盾构机的车床工厂审核。、够支付行进、姿势把持、精馏和同步的活动效能。。促进零碎由六促进缸结合。,如图7所示,,铰接零碎由4铰接式水压缸结合。,如图11所示,铰接气缸的方位坐落于。为了能赚得盾构雨、雪等猛烈的工序赚得转弯、够支付行进、姿势把持及其它效能,促进缸分为A。、B、C、D四组,四组气缸的压力可以独立管理。,赚得相互关系效能。

             图片10.png          图片11.png

                       图10 水力泵站物质的图                            图11 促进油缸与铰接油缸安置程序

图片12.png

1油罐;2停止阀;3-原动者;4-泵;5压管式滤波器;6 -把持阀组;

7 -促进把持阀组;8促进油缸;9铰接圆筒;10抵消阀;11-冷凝器

图12 动力零碎铰接液压零碎示意图

如图12所示,升起液压零碎略图及铰接零碎。该零碎运用泵4来供给竞选提神剂。,从吸气管触觉人把持阀组6。、促进洁治电磁学换向阀、关键式电磁学换向阀 3 零件结合,油使出神触觉人包罗高电压溢流阀。、坑安全阀、电磁学球阀和卸载机等结合的。。阀组6可赚得高坑双房地产供油。。隧道雨、雪等猛烈的中间的高电压,通路把持零碎的压力不大于20。 Mpa。带堆积传感炭的洁治电磁学换向阀,6个推进缸延伸。,受约束的总促进周转率。分节拆卸方法的坑条款,经过靴触觉减小促进缸的冲击力,阻止分段损坏。坑安全阀把持零碎压力以内8 MPa。促进阀组7由6个电磁学换向阀结合。、6液压单向阀、4洁治保安阀和4个压力传感器。,赚得防御压力把持和气缸膨大效能。。液压单向阀可以锁紧气缸。,制止盾构机撤兵。,阻止〔6〕坍塌。在把持阀组6中,关键式电磁学换向阀仅在初次给铰接油缸9供油或许冗长的布道所后铰接油缸油液缺少时,靠近的一边方位被提供给铰接气缸。。抵消阀10可以赚得4铰接的冷漠的管理。。

促进零碎与铰接零碎的设计

如图13所示,刀具驱车旅行零碎示意图。该零碎采用堆积传感泵2来把持定量液压MO。。零碎的最大布道所压力可以经过不断的压力来限度局限。。刀盘把持阀组5次要由电磁学铁结合。、安全阀、卸载机及其他的结合的。阀组5将堆积兑换发出信号反应到泵的把持接口。,堆积传感阀驱车旅行阀芯的活动,机会泵2的斜盘角度。,因此机会压力和流量。。无论怎样堆积怎样兑换,怎样管理洁治电磁学铁阀芯的启齿面积,堆积传感泵2的输入流量前后值得的T的堆积流量。,换句话说,刀盘的周转率只与启齿面积关于。;堆积传感泵2的输入压力前后是T的不断的值。,赚得按需供给压力。该零碎具有良好的调速机能。、能量守恒特点〔8〕。刀盘的最大设计周转率为5r/min。,刀盘零碎把持水螅的转向和旋转周转率。,切削周转率CA的平滑管理与正负把持。当洁治电磁学阀在靠近的一边翻开时。,刀盘桓转;反倒,椎间盘压价。经过电位计鼓起和电液洁治把持,机会装阀于开度区域,这么把持流量,苗条的刀具迅速前行〔9〕。

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1-电力机械;2堆积传感泵;3压管式滤波器;4测压计;5刀盘把持阀组;

6压传达者;7液压原动者;8油罐;9停止阀

图13 刀具驱车旅行零碎示意图

占便宜保送机液压零碎的设计

如图14所示,占便宜保送机液压零碎的压力为16。 MPa。齿轮回转泵3输入高电压油,经过管道滤波器4、螺纹插装阀9、换向阀7,经受住抵达液压原动者8。,这么驱车旅行液压原动者驱车旅行占便宜保送机。,占便宜保送机的双向旋转。同时,可以经过把持来把持加工量。。       

阀缸由电磁学换向阀12把持。。占便宜保送机的开掘接口重要可由VA把持。,赚得占便宜保送机的土塞效应。

图片14.png

1蝶阀;2-电力机械;3齿轮回转泵;4压管式滤波器;5测压计;6 -换向阀;

7压传达者;8旋轮线电力机械;9螺纹插装阀;10闸门圆筒;11液压锁;12 -换向阀

图14 占便宜保送机液压零碎示意图

4  后记

设计加工了小型盾构机。,赚得了袖珍盾构机的次要体系安置设计。,要点剖析了刀盘的应力房地产。。袖珍盾构机液压零碎的效能设计,从地方政权机构干线用管盾构破土的必要量动身,城市管道重建的道路,袖珍盾构在T中请求的探究与联欢经历。

参考文献

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