椎6250土压平衡盾构机出渣能力设计计算熊令芳袁王
睿
渊太原重工技术中心袁山西
太原
030024冤
摘要院简要介绍了土压平衡盾构的排渣系统袁指出了保持其土仓压力平衡的重要性遥并以太重椎6250土压平衡盾构机为考察依据袁对该盾构机的螺旋输送机的排渣能力和皮带运输机的运输能力进行了设计核算遥关键词院土压平衡曰排渣能力曰螺旋输送机曰皮带运输机中图分类号院TH137曰U455.43文献标志码院ADOI院10.3969/j.issn.1674-9146.2014.06.098随着国家城镇化建设的快速推进袁城市人口急部分也不致坍塌或隆起袁这时只要保持从螺旋输送剧膨胀袁导致城市交通面临巨大压力遥发展城市地机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流入下轨道交通袁形成立体式的交通网络袁已成为缓解泥土仓中的渣土量相平衡袁开挖工作就能顺利进城市交通压力的普遍共识遥盾构机作为一种隧道掘
行遥因此袁在满足开挖动力的条件下袁保证土压平进的专用工程机械袁已成为地下隧道建设的最有效衡盾构足够的出渣能力袁就显得尤为重要遥在此基的工具袁因而对其研究也越来越深入遥
础上才能通过调节出渣速度已达到土压平衡的目土压平衡式盾构机又称作削土密封式或泥土加的遥下面以太原重工科技中心椎6250土压平衡盾压式盾构机袁适用于含水的软土尧软岩尧硬岩以及构机为例袁对该盾构机进行出渣能力的设计核算遥混合地层的隧道掘进遥土压平衡式盾构机的刀盘切该盾构机设计挖掘直径即刀盘直径为椎6250mm袁削面与后面的承压隔板所形成的空间为开挖室或泥最大掘进速度为80mm/min袁其螺旋输送机包渣直土室遥刀盘旋转切削下来的土壤通过刀盘上的开口径为800mm袁物料最大提升高度为4.5m袁螺距为进入泥土室袁与泥土室内的可塑土浆混合或被搅拌混合袁盾构千斤顶的推力通过承压隔板传递到泥土6301盾mm构袁机倾切角削为量23的毅袁计算
设计转速为22r/min遥室内的泥土浆上袁泥土浆的压力作用于开挖面袁以盾构机在掘进时液压马达驱动刀盘旋转袁同时平衡开挖面处的地下水压和土压袁从而保持开挖面开启盾构机推进油缸袁将盾构机向前推进遥随着推的稳定遥螺旋输送机从承压隔板的开孔处伸入泥土进油缸的向前推进袁刀盘持续旋转袁被切削下来的室进行排土遥盾构机的挖掘推进速度和螺旋输送机碴土充满泥土仓袁这一土量Q与盾构机刀盘面积和单位时间的排土量或其旋转速度都会影响泥土室内掘进速度有直接关系遥
土浆压力的大小袁所以应进行协调控制遥当泥土仓已知刀盘的设计直径为椎6250mm袁则刀盘面和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时袁开挖面积S=仔渊D/2冤2被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大袁当泥削土量
=渊6.25/2冤2仔=30.68m2袁那么最大切土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相Q=SV袁
平衡时袁开挖面就能保持稳定袁开挖面对应的地面
式中院V为最大掘进速度即80mm/min袁所以Q=
收稿日期院圆园14原02原19曰修回日期院圆园14原05原20
作者简介院熊令芳渊1984-冤袁男袁江西高安人袁工程师袁主要从事轧钢机械设计研究袁E-mail院lingfang20082003@163.com遥
SCI098-TECHINNOVATION&PRODUCTIVITY晕燥援6Jun.圆园14袁栽燥贼葬造晕燥援245.com.cn. All Rights Reserved.30.682螺伊旋0.08输送=2.45机输m3送/min量的=147计算
m3/h遥深层高压土壤在盾构机切削下来的后会变疏松袁为了其方便运输还要打入膨润土袁这将导致进入土仓的土体积膨胀袁重量增加袁按最大膨胀系数2.1袁试验数据Q0=计2.1算Q螺=2.1旋输伊147送机=需308.7要运m送3/h.
的土量为
而螺旋输送机的运送能力与螺旋输送机的容积和其输送速度以及物料的填充系数有关袁螺旋输送机的容积与包渣直径的轴向投影面积A成正比袁输送速度自与螺距S和转速n成正比袁由A=D2仔和自=Sn袁
得到院
604仔其中院Iv为螺旋输送机4渍D2Sn60Iv=袁
的输送量袁m3直径袁数值为0.8m曰S为螺距数值为/h0.63曰Dm为袁设包计渣
转速n为22r/min袁渍为充填系数遥
在重型机械标准中有明确的规定袁充填系数取决于被输送物料的摩擦性质及其牯附性质尧螺距和螺旋输送机中心线的倾角遥
一般对易流动的几乎没有磨损的物料
渊例如面
粉尧谷类冤袁取渍=0.45曰对少量磨损的且为颗粒状
至小块状的散料渊例如盐尧砂尧煤冤袁取渍=0援33曰对磨损性和侵蚀性都很大的且堆积密度大的散料渊例如矿渣平衡尧砾盾石构尧机矿的石螺冤袁旋取输送渍=机0.15
[1]
土压所运送遥
的物料与
重型机械标准所规定的不同袁其输送系统要求保持开挖面与土仓之间的土压平衡袁所以运送的介质必须是连续无缝隙的出仓袁才能保证介质出仓后仓内压力的持续稳定遥对土仓喷压膨润土的目的就是要把土壤改造成连续流动的胶体或膏状连续体袁这样螺旋输送机在运送这些物料时会填充满整个输送机袁除去螺旋杆所占的体积袁取渍=0.85袁那么院
Iv=60仔4渍D2Sn=60伊仔0.63伊22=355.34伊m0.85伊0.82伊
3设计要求运送的出渣量院Q0=/h308.7袁
Ivm3/h很显然设计符=合出355.3渣m3要/h求跃遥
Q0=308.7m3/h袁
3螺旋输送机的驱动的计算校核
椎6250土压平衡盾构机的螺旋输送机采用液压马达驱动袁马达型号为A6VM355HA1/63W1-VPH0107DVA渊力士乐冤袁最大转速2950r/min袁
AppliedTechnology应用技术可用转速2650r/min袁最大扭矩1978N窑m袁该液压马达出轴所连的行星减速机速比为120遥
首先袁计算螺旋输送机的驱动功率袁在标准JB/T为物料7696运行螺时旋所输需送功机率中PH袁尧螺空旋载输运送转机的的驱驱动动功率功率以及倾斜功率Pst的总和遥
PN
P=PH3.1物料运行时所需功+率PNP+H
Pst.
对长度为L的螺旋输送机袁其功率PH为输送量
Im袁长度L及运行P阻力4系数伊ImL姿的乘积为
H=通常姿值在2到4之3间600姿g.
袁对经常用螺旋输送机输送的若干散料的姿值可参照标准JB/T7696螺旋输送机中的表A2遥这里湿土壤取姿=3.6曰而院
Im=Iv籽遥
式中院籽为膏状连续体土壤的密度袁取籽=2.8t/m3Iv已算得为308.7m3曰则
Im=308.7/h伊袁2.8=864.36t/h袁
L从图纸查得864.36L=伊1010500伊10.5mm=10.5m袁
PH=4伊3
3.2螺旋输送机3.56空载伊3106005运转W的=356驱动kW.
伊3.6伊9.8=
功率PN功率PN比之物料运行时所需的功率是很小的遥
PN与螺旋的直径及长度成正比为PN3.3倾斜功=率DLP/20st
=0.8伊10.5/20=0.42kW.
倾斜功率Pst与输送量Im加速度g成正比袁即
遥提升高度H及重力
PstIm=ImHg/3600.
提升高度H=4.5=m864.36袁
t/h.
PstP=PH+P=N864.36+Pst伊4.5伊螺旋输送机=的渊驱356动+功0.429.8/3率就+600=10.610.6是减冤速kWkW机=出367袁
轴所kW.需要
轴功率袁这样减速机出轴所需的扭矩T为
T=9550P/n袁
T=9550伊渊367/22冤=159311.4N窑m袁
而行星减速机的速比i为120遥那么液压马达出轴所需扭矩T120=1327N窑m遥
0=T/i=159311.4/所选用的A6VM355HA1/63W1-VPH0107DVA
液压马达最大扭矩为1978N窑m遥
科技创新与生产力2014年6月总第245期099.com.cn. All Rights Reserved.应用技术AppliedTechnology显然所需扭矩T=1327N窑m<1978N窑m袁所以该液压马达有能力满足驱动要求遥4
螺旋输送机有后闸门计算
在停止掘进或维修时袁螺旋输送机的后闸门需关闭遥在盾构机断电紧急情况下袁此闸门也可由蓄能器贮存的能量自动关闭袁以防止开挖仓中的水及渣土在压力作用下进入盾构机机体遥蓄能器系统的最低压力为9MPa袁闸门内部最大土压为4Bar袁闸门大小为0.5伊0.6m2在闸门上正压力的摩擦袁所力需袁关正闸压门力的力为N=PS克=4服伊土105壤
0.3=膏1.2状伊连105伊续N体遥
土壤摩擦系数取为f=0.4袁关闭闸
门所需要的推力为
F=Nf=1.2伊105该闸门由两台液压缸通伊过0.4液=压48系统kN.
驱动实现闸门打开和闭合袁单个油缸推力F单必须达到24kN袁油缸规格为80/45渊缸径80mm袁杆径45mm冤要求有杆腔的最低压力
Pmin=F单/S有杆=246.99伊103
/
仔渊0.0826
4-0.0452
冤=蓄能器及系统最低压伊10力
Pa.
可见袁蓄能器9保MPa压能力能>Pmin=满6.99足紧伊106
急断Pa.
电时闸门开关要求遥
5皮带运输机设计计算
切削下来的土壤由螺旋输送机提升后袁从螺旋输送机的出料闸门出料袁然后掉落在出料闸门下方的皮带运输机上袁由皮带运输机运送到盾体后方遥皮带运输机由功率为30kW的单电机驱动遥前面计算得螺旋输送机出渣量为Im带运输机也必须保证这一出渣=864.36量遥t/h袁所以袁皮5.1带宽的确定
按输送量计算袁初选带宽0.8m遥根据带式输送机设计计算标准袁
Cst=0.93袁K=363渊用等长三托辊组袁姿=30毅冤袁
按
B=
姨K酌自QCst
袁式中院Q为螺旋输送机出渣量Im等于864.36t/h曰酌
为输送物料堆积容重袁取酌=2.8t/m3带带速袁取自=2.5m/s遥曰自为设计皮
则
B=
所以带宽B姨最363864.36=0.64m袁小伊必2.5须伊保2.5证伊到0.930.64m才能与螺旋输
SCI100-TECHINNOVATION&PRODUCTIVITY晕燥援6Jun.圆园14袁栽燥贼葬造晕燥援245送机匹配遥
按物料堆积块度验算
B逸2Xmax式中院Xmax为输送物料最大+块0.2度袁
袁对于由包渣直径
为800mm的螺旋输送机运送出来的物料袁这一参数理论上不会超过包渣半径400mm与螺旋杆半径50则
mm之B差逸袁2X这max里+取0.2X=max2=伊0.30援3+m0.2袁因此选用标准系列带宽B=0.8m遥
=0.8m袁
5.2传动滚筒圆周力和轴功率计算
图1为输送机布置示意图遥
1v3Ⅰ25Ⅱ4图1输送机布置示意图
1传冤动圆滚筒周力圆计周算力遥可按经验公式q=Q/3.6自计算院
得
q=864.36/渊3.6伊2.5冤=96kg/m.
查MT/T467带式输送机设计计算标准袁f=
0.03渊2q袁CN=1.92袁按经验公式袁圆周力F=CNfLg[qt0+q冤cos茁]++FgqH=1.92袁
9.8[30.2伊98.69+渊伊2伊伊270.03+96伊42冤cos12伊9.8伊
毅]+2冤轴自功=6率970计算伊遥
13.5伊Sin12毅=6970N.
P=F2.5=17425W=17.425kW小于电机功率30kW袁皮带运输机驱动电机能满足功率需求遥6结束语
经过以上设计计算袁得出该土压平衡盾构机出渣系统的出渣能力能满足其盾构推进的速度要求袁不会产生切削下来的土渣不能及时送出袁土仓和掌子面的压力升高袁最后导致地面隆起的情况遥但是也需控制排土速度袁使其与盾构推进速度相匹配袁以保持土压平衡袁决不允许由于排土过快而导致的土仓压力降低袁地面坍塌的情况发生遥
参考文献院[1]北京起重运输机械研究所.JB/T7679-2008螺旋输送机[S].北京:机械工业出版社,2008:10-12.渊英文部渊责任分下编转辑第石俊102页仙冤
冤.com.cn. All Rights Reserved.应用技术AppliedTechnology1-a整机建模
1-b部件建模
3-a运动干涉3-b修正干涉后
图1减速器三维建模
图3减速器运动过程中检查结果
部位袁得出最终正确设计结果遥
4结束语
图2为传动机构中齿轮副的列表袁图4是减速笔者所述NGW型减速器的设计路线袁在其配工作过程中运动干涉和修正干涉后的检查结果遥对齿设计后还融入了软件的装配干涉和运动干涉检查比图3中的深色部分为运动干涉部分袁可见笔者的技术袁大大提高了设计效率袁为优化产品提供了技设计方法可以迅速找出干涉部分袁并能做出相应的术基础遥
检查与修正袁大大提高了设计效率遥
参考文献院[1]饶振纲.行星齿轮传动设计[M].南京:化学工业出版社,2003.[2]渐开线齿轮行星传动制造与设计委员会.渐开线齿轮行星传动设计与制造[M].北京:机械工业出版社,2002.[3]王忠茂.减速器使用技术手册[M].北京:机械工业出版社,1992.图2仿真建模中齿轮副的列表
渊责任编辑
王
雯冤
GearDesignandModelingSimulationofNGWReducer
LiuYang1袁2袁WangBin3袁YangPing2
2.渊1.SchoolNo.33ofInstituteMechanicalofChinaEngineeringElectronicsofTaiyuanTechnologyUniversityGroupofCorporation,Technology,TaiyuanTaiyuan030006030024China;
China;3.YunchengEngineeringInstituteofTaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Yuncheng044000
China冤
Abstract:ThepaperwasdesignedNGWreducer.UsingUGandPro/Esoftware,thepaperwascheckedassemblyinterfer-enceandmotioninterference,whichimproveddesignefficiency,conformedtotherequirementsofproductandprovidedtech-nicalbasisforproductoptimization.DesignlineofNGWreducerwasaddedsoftwareassemblyinterferenceandmotioninter-ferenceinspectiontechnologyaftermatchaftergeardesign,whichgreatlyimproveddesignefficiencyandprovidedtechnicalbasisforoptimizationofproduct.Keywords:reducer;geardesign;simulation渊上接Design第100页冤
andCalculationofShield椎6250TunnelingSlaggingMachine
AbilityofEarthPressureBalance
XiongLing-fang袁WangRui
Abstract:Thepaperwas渊TechnologybrieflyintroducedCenterofslaggingTaiyuansystemHeavyofIndustry,earthpressureTaiyuanbalance030024shieldChinatunneling,冤
andpointedoutsignificanceofkeepingearthpressurebalance.Accordingto椎6250earthpressurebalanceshieldtunnelingmachine,thepaperwasdesignedandcalculatedslaggingabilityofscrewconveyorandtransportationcapabilityofbeltconveyer.Keywords:earthpressurebalance;slaggingability;screwconveyor;beltconveyer102SCI-TECHINNOVATION&PRODUCTIVITY晕燥援6Jun.圆园14袁栽燥贼葬造晕燥援245.com.cn. All Rights Reserved.
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