内容发布更新时间 : 2024/12/25 2:26:30星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

轴、心轴组成。刀圈是可以拆卸的，磨损后可以更换。

刀圈的刀刃角一般有60°、75°、90°、120°或平刃等多种。掘进硬岩时一般用较大的刀刃角，而掘进较软的岩石时用的刀刃角较小。对于特别软的岩层，刀刃角小容易嵌入岩层中，增大刀刃角甚至做成平刃可改善掘进效果。

盘形滚刀的直径和承受载荷的额定推力的对应关系如下表所示 1317 19 21 直径 （in） 12 13 14 15 16 82(mm) 305 330 356 394 416 432 483 534 额定推力（kN） 100 100 150 200 200 200 260 300 最大推力（kN） 130 190 250 250 250 310 增大刀具的直径可以增大每把刀的额定推力。在一定的岩石条件下，刀盘每转一圈，刀具的切深随之增加，从而提高了掘进速度。此外，刀具直径增加，允许磨损体积也增加因而寿命延长。但刀具直径增大使重量增加，引起换刀困难，增加了换刀停机时间；允许磨损量的增加使刚换上的新刀具和已磨损刀具的直径差值增大，使新刀刀刃超前引起载荷增大。刀具直径增大，还受轴承和刀圈失效因素的限制。

滚刀按其在刀盘上的位置又可以分为中心滚刀、正滚刀、过度滚刀和边滚刀。中心滚刀是布置在刀盘中心区 的滚刀；正滚刀是布置在中心滚刀与过度滚刀之间的滚刀；过度滚刀是布置在刀盘外圆过度曲面上的滚刀；边滚刀是位于刀盘外缘区，其切削刀布置成圆弧部分的滚刀。

2.3 盘形滚刀在刀盘上布置规律

全断面岩石掘进机盘形滚刀在刀盘上的布置规律有多种，有单螺旋线布置、双螺旋线布置、同心圆布置等。无论采用那一种布置方式，刀间距都是要考虑的技术参数。刀间距是指相邻刀刃刃口相对刀盘中心的距离之差。

1. 滚刀在到盘上布置的基本原则

（1）刀间距的布置方式：①在同一台掘进机上刀间距不变，改变刀盘推力来适应岩石强度；②在同一台掘进机上增减刀具数量或者改变每把盘形滚刀得刀圈数来改变刀间距，来适应岩石强度。第一种布置方式简单且可用性强，被普遍采用。

（2）盘形滚刀在刀盘上的布置模式应尽可能满足以下两个要求：①每把盘形滚刀在破岩时所受到的负荷相等，即每把刀的破岩量相等，刀刃两侧的侧面反力能相互抵消；②作用在刀盘体上各点外力相互平衡，其合力通过刀盘中心，不产生倾翻力矩。

2. 平面刀盘上等刀间距布置盘形滚刀

平面刀盘上等刀间距布置盘形滚刀是在全断面岩石掘进机上广泛使用的一种布置形式。

设全断面岩石掘进机上第i和第i?1把盘形滚刀在刀盘推力作用下切入岩石深度为h。如下图所示。

S——刀间距；h——盘形滚刀切深；2?——岩石剥落角 L?2htan?

要使同一安装半径上的盘形滚刀在刀盘没转一周的切深相等，且破岩量又相同，在两盘形滚刀之间就不应该存在累积岩脊，则刀间距必须满足： S?2htan?

3. 不同安装半径的盘形滚刀破岩分析

设剥落的岩石为三棱柱，高度为2?is，底面积为A,则：

A?h2tan? V?2?ish2tan?

可见平面刀盘上等刀间距布置盘形滚刀时，各盘形滚刀的破岩量是不等的。若设第一把盘形滚刀的破岩量为W,则第i把的破岩量为iW。

不同安装半径的盘形滚刀破岩量得不同，将造成不同安装半径的盘形滚刀的受力不同，从而造成全刀盘上的盘形滚刀的磨损不均匀。较先磨损的盘形滚刀的载荷由其他磨损程度较轻的盘形滚刀来承担，又加大这些盘形滚刀的磨损，形成恶性循环，因此这种情况应尽可能避免。

实际设计中采用的措施 在实际设计中，盘形滚刀在刀盘上的布置无论采用单螺旋线还是双螺旋线布置，为增加安装半径较小的盘形滚刀的破岩量，减少安装半径相对较大的盘形滚刀的破岩量，螺旋线的旋转方应与刀盘实际工作时的旋转方向相反。刀盘实际工作一般是顺时钟方向，所以螺旋线的方向一般为逆时钟布置。位于安装半径较大的盘形滚刀轨迹圆上应该适当地增加盘形滚刀的数量或考虑不同安装半径的盘形滚刀的尺寸或者承载能力应有所区别。尽可能实现在全刀盘上的盘形滚刀在实际工作中的等寿命，即到一定程度，全刀盘上的盘形滚刀一起换刀，从而减少换刀次数，提高掘进生产率。

第3节 TBM的刀盘驱动系统

3.1 TBM刀盘驱动的方式

TBM刀盘驱动系统具有功率大、功率变化范围宽的特点。目前TBM驱动方式有三种:一是定速电机驱动；二是液压马达驱动；三是变频电机驱动。在影响TBM贯人度的指标中，很大程度上取决于刀盘的转速和推力，刀盘采用无级调速方式可以有效地适应掘进中岩石的不断变化，最大限度地控制刀盘载荷处于最佳状态，即当围岩较硬时，需加快刀盘转速，增加推力，以提高瞬时贯人度，减少刀具的磨损。当在软弱围岩中掘进时，因贯人度大，滚动阻力增大，需要提高扭矩、减慢刀盘转速。鉴于定速电机驱动时，刀盘转速不能调节，一般不采用。变频电机驱动具有调速范围广，较高的传动效率，较低的能源消耗，可节省电力费用。液压马达驱动具有良好的抗冲击能力和过载保护性能，维修保养相对简单，可靠性高。目前变频电机驱动与液压马达驱动两种方式在TBM上都得到广泛应用。

3.1.1 变频电机驱动

刀盘驱动系统主要由变频电机、减速器、大小齿轮、三滚子轴径向主轴承及密封组成。变频电机驱动刀盘旋转，刀盘速度可调，具有较大扭矩储备和较高的传动效率，能源消耗较低，可节省电力费用，但其占用空间较大.工作原理如图3所示。

变频器驱动电动机，在电动机输出轴上安装扭矩转速传感器，由扭矩转速传感器测得的输出扭矩T和转速n送到工控机，计算出电动机的输出功率N，将输出功率N与电动机额定功率N0做差值运算，再由功率偏差按一定的控制规律给出控制信号，对电动机的扭矩与转速作恒功率调节。这样电动机始终在额定功率附近运行，达到高效节能的目的。 3.1.2 液压马达驱动