全断面硬岩掘进机（TBM）驱动系统的研究

论文摘要

隧道掘进机(Tunnel Boring Machine),简称TBM,是集机械、电气、液压、测量、控制等多学科技术于一体,专用于地下隧道工程施工的技术密集型工程装备。随着工业的发展和人口的膨胀,地球资源日益短缺,环境日益恶化,人类赖以生存的地球已不堪重负。世界各国政府除了采取综合性整治工作,提倡节能、环保外,都日益重视地下空间的开发利用。在我国经济高速发展的带动下,未来20年,我国城市化将进入加速发展时期,随之而来的市政工程、城市地铁、水利水电等基础设施建设已经摆到了一个非常重要的地位,大量采用TBM技术进行地下工程建设已成为我国城市化进程的必然选择。论文以中天山隧道工程为背景,以德国WIRTH公司生产的TB880E型全断面硬岩隧道掘进机为研究对象。结合工程的实际地质情况,对硬岩TBM主驱动系统的工作原理进行了研究。通过对TBM液压系统的现场组装调试和对掘进作业过程的观察,进一步掌握TBM液压系统的工作性能,并对TBM掘进作业时液压系统的工作参数进行测量分析。本文的研究成果为国内相关单位对TBM的研发和各施工单位在工程中对TBM的合理应用提供了参考依据。论文的主要研究内容如下:第一章,介绍了目前世界上应用的隧道施工方法以及施工机械—TBM的概况,阐述了国内外TBM技术的状况。提出了本文的研究背景和研究意义,概述了本文的主要研究工作。第二章,结合工程实际,分析了TBM主驱动系统对驱动动力的要求,并简要介绍了TBM液压主泵站的基本情况。第三章,分析了TBM的组成结构和破岩机理,对TBM刀盘电机主驱动系统和辅助液压驱动系统的工作原理和特性进行了研究,硬岩TBM采用电液复合驱动的方式是适应复杂地质条件的要求。第四章,分析了电液比例技术的特点及TBM中电液比例技术的应用。对TBM推进液压系统和支撑液压系统的工作原理和性能进行了研究,分析了推进和支撑液压系统工作参数的调整对TBM掘进效率和掘进姿态的影响。第五章,结合液压系统原理图,分析了TBM液压系统组装调试过程中出现的一些问题的原因所在。对TBM掘进作业时液压系统的工作参数进行了测量分析。第六章,总结了全文的研究工作和研究成果,并提出了需要进一步深入研究的工作方向。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 TBM介绍
• 1.1.1 隧道施工方法
• 1.1.2 TBM分类
• 1.1.3 TBM选型
• 1.2 国内外TBM技术发展与应用
• 1.2.1 国外TBM技术发展历程
• 1.2.2 国内TBM技术应用及发展历程
• 1.2.3 TBM技术发展的趋势
• 1.3 课题的研究意义和研究工作
• 1.3.1 课题背景及研究意义
• 1.3.2 主要研究工作
• 第2章 硬岩TBM对动力驱动系统的要求
• 2.1 硬岩TBM组成结构和工作原理
• 2.1.1 组成结构
• 2.1.2 破岩机理
• 2.2 刀盘驱动动力要求
• 2.2.1 刀盘驱动扭矩计算
• 2.2.2 硬岩掘进时所需刀盘驱动扭矩
• 2.2.3 破碎带掘进所需刀盘驱动扭矩
• 2.3 推进系统动力要求
• 2.3.1 按刀具载荷计算推进力
• 2.3.2 刀盘总推进力的经验算法
• 2.4 支撑系统动力要求
• 2.5 TBM动力泵站设计
• 第3章 硬岩TBM刀盘电液驱动系统的研究
• 3.1 硬岩TBM刀盘驱动方式选择
• 3.1.1 变频电机驱动
• 3.1.2 液压马达驱动
• 3.2 硬岩TBM刀盘驱动系统组成结构及工作原理
• 3.2.1 刀盘电机驱动系统
• 3.2.2 刀盘辅助液压驱动系统
• 3.2.3 刀盘液压驱动系统原理分析
• 第4章 硬岩TBM液压推进及支撑系统的研究
• 4.1 电液比例控制技术及其在TBM上的应用
• 4.1.1 电液比例控制系统特点
• 4.1.2 电液比例技术在TBM上的应用
• 4.2 硬岩TBM推进液压系统研究
• 4.2.1 推进液压系统组成结构
• 4.2.2 推进液压系统原理分析
• 4.2.3 TBM掘进模式的选择和掘进参数的调整
• 4.3 硬岩TBM支撑液压系统研究
• 4.3.1 主机液压支撑系统
• 4.3.2 刀盘护盾支撑系统
• 4.3.3 后支撑系统
• 第5章 TBM液压系统调试
• 5.1 液压元件检测
• 5.1.1 阀件检修
• 5.1.2 泵、马达检测
• 5.2 液压系统调试
• 5.2.1 主泵站调试
• 5.2.2 主系统调试
• 5.2.3 皮带机液压系统
• 5.2.4 材料吊机液压系统
• 5.2.5 仰拱吊机液压系统
• 5.2.6 翻车机液压系统
• 5.2.7 锚杆钻机液压系统
• 5.3 TBM掘进参数测量分析
• 5.3.1 刀盘底护盾支撑液压缸撑紧压力测量分析
• 5.3.2 前后机架撑靴液压缸撑紧压力测量分析
• 5.3.3 推进液压缸推进压力测量分析
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献