φ6140mm土壓平衡盾構(gòu)機(jī)土壓盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、6140mn土壓平衡盾構(gòu)機(jī)型號(hào) TM614PMX設(shè)計(jì)計(jì)算書目錄頁(yè)數(shù)1、計(jì)算條件.21.1工程條件.21.2地質(zhì)條件 21.3盾構(gòu)機(jī)主要參數(shù)計(jì)算 .32、盾構(gòu)機(jī)刀盤所需扭矩計(jì)算.43、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)所需推力計(jì)算.64、盾構(gòu)機(jī)殼體強(qiáng)度計(jì)算 .84.1盾尾殼體強(qiáng)度計(jì)算 .84.2鉸接殼體強(qiáng)度計(jì)算125、切削刀具壽命的計(jì)算 125.1計(jì)算條件 125.2計(jì)算方法.125.3計(jì)算結(jié)果.146、三排園柱滾子軸承計(jì)算 .146.1 盾構(gòu)機(jī)規(guī)格 .146.2正常掘進(jìn)載荷及三排園柱滾柱軸承強(qiáng)度計(jì)算 157、刀盤驅(qū)動(dòng)部傳動(dòng)齒輪強(qiáng)度計(jì)算 .177.1齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算 .177.2齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 .18&螺旋

2、輸送機(jī)規(guī)格計(jì)算 .199.1、輸送能力199.2、驅(qū)動(dòng)力矩191.1、工程條件：(1)隧道長(zhǎng)度2676.471mm隧道最小轉(zhuǎn)彎半徑250m盾構(gòu)機(jī)開挖直徑© 6160nm管片外徑© 6000nm管片內(nèi)徑© 5400nm管片寬度1200mm管片厚度300mm(8)分塊數(shù)54塊(9)隧道坡度坡度35 %。1.2、地質(zhì)條件：本工程隧道地質(zhì)條件主要為：隧道主要穿越第四紀(jì)粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂層及卵石圓礫地層，最大礫徑140mm,透水系數(shù)在6號(hào)細(xì)砂層中最大：1.2X10-36.0X 10-3。p=9.8kN/m土層(2.1t/m3)盾構(gòu)機(jī)圖1-1注：關(guān)于地面荷載，在不清楚的情

3、況下假定9.8kN/m2(1.0tf/m2)進(jìn)行計(jì)算對(duì)于粘土、砂、砂礫土層，根據(jù)小松公司的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)，切削刀的切削阻力系數(shù) 在粘土水土不別離中最大，見表 1-1。因此本工程采用粘土層水土不別離 以及隧道上方的土體松弛高度以全覆土來計(jì)算盾構(gòu)機(jī)各主要參數(shù)。表1-1切削阻力系數(shù)地質(zhì)es 切削阻力系數(shù)松弛枯燥砂丁0.0080.01松弛濕潤(rùn)砂0.010.02密實(shí)濕潤(rùn)砂10.020.04粘土0.41.2地質(zhì)的一般條件：土質(zhì)粘土、砂、砂礫隧道覆土厚度20 m地下水位GL-78 m透水系數(shù)cm/sec標(biāo)準(zhǔn)貫入值maxN值57內(nèi)摩擦角deg粘著力kN/cm(8)含水率W%(9)地面負(fù)荷1 tf/m(10)地層反力

4、系數(shù)kN/m1.3、盾構(gòu)機(jī)計(jì)算的主要參數(shù)：本計(jì)算書主要計(jì)算以下盾構(gòu)機(jī)參數(shù)如表 1-2所示 詳細(xì)的規(guī)格見盾構(gòu)機(jī)技術(shù)規(guī)格書。表1-2盾構(gòu)機(jī)主要計(jì)算參數(shù)盾構(gòu)機(jī)外徑 6.14m刀盤扭矩5,160KNm 526tfm (100%)6,181KNm 631tfm (120%)盾構(gòu)機(jī)總推力37,730KN3,850tf盾尾鋼板厚度45mm盾尾鋼板材質(zhì)P SS400 相當(dāng)于中國(guó)Q235):軸承及齒輪>6,000小時(shí)螺旋輸送機(jī)能力及扭矩250m3/h 5.5tf-m刀具壽命>1200m變壓器谷量1100KVA2、盾構(gòu)機(jī)刀盤所需扭矩的計(jì)算:1計(jì)算條件水、土不別離計(jì)算1土質(zhì)2覆土3水頭4土的單位體積質(zhì)量

5、5土的單位體積質(zhì)量6水的單位體積質(zhì)量7標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)值8內(nèi)摩擦角9地面載荷10側(cè)方土壓系數(shù)11松弛土的粘著力12盾構(gòu)機(jī)外徑13盾構(gòu)機(jī)半徑14殼體長(zhǎng)15盾構(gòu)機(jī)質(zhì)量16掘削斷面積17刀盤開口率18刀盤半徑19刀盤厚20切削阻力系數(shù)見表HHw水位上部W0水位下部W1-W2N©SK1c drLGAErcl1-1)es粘土、砂、砂礫20 m0m(探)2.1t/m32.1t/m3-0t/m(探)00 deg1.0t/m0.74.905 KN/ m26.14 m3.07 m7.74 m235 t29.61 m40%3.065 m0.4 m1.2(21)切削刀刃寬度B012 cm(22)切深t2.3

6、cm(23)切削刀刃的前角90.262 rad(24)主刀具數(shù)量(安裝總數(shù)的一半)nt49個(gè)(25)主刀具平均安裝半徑(=d/4)Rk1.535 m(26)刀盤支撐梁數(shù)na個(gè)(27)刀盤支撐梁平均安裝半徑Ra1.6 m(28)刀盤支撐梁外徑da0.46 m(29)刀盤支撐梁長(zhǎng)度la0.68m序)標(biāo)記表示以水土不別離進(jìn)行計(jì)算時(shí)不使用2 各參數(shù)的計(jì)算(1) 松弛高度計(jì)算考慮地面負(fù)載時(shí)的覆土H1 = H + S/W020.5 m松弛高度 H2 因?yàn)槭怯萌餐劣?jì)算，所以松弛高度為：H2 = H120.5 m(松弛寬度 B)B = rX cos(45- © /2)+r1+sin(45-

7、9; /2) x tan(45- © /2) 7.4 m(2) 土壓計(jì)算作用在殼體上的土壓為上部土壓 P1、側(cè)壓P2及下部土壓P的平均值。上部土壓P1P1 = H2 X W1421686 Pa 43.0tf/m2 側(cè)壓P22P2 = K1 X( H2+r)X W1339437 Pa 34.6tf/m下部土壓P3P3 = P1+G/ (dx L)470179 Pa 47.9tf/m2 平均土壓PP =( P1+2X P2+P3 /4392685 Pa 40.0tf/m2 3 所需扭矩計(jì)算盾構(gòu)機(jī)刀盤扭矩是由刀具的切削阻力矩、面板及刀盤外周與地層的摩擦阻力 矩、攪拌翼的阻力矩等組成。(1)

8、 刀具的切削阻力矩T1地質(zhì)es松弛枯燥砂0.0080.01松弛濕潤(rùn)砂0.010.02密實(shí)濕潤(rùn)砂0.020.04粘土0.41.2一個(gè)切削刀刃所需的阻力矩2Ha = 2.1Xes B0- t x 10T1 = ntx H aX Rk(2) 刀盤面板與地層間的摩擦阻力矩T2 = 4XnX cX( 1-E)X rc3/6(3) 刀盤面板外周與地層間的摩擦阻力矩T3 = nX c X l X rc2(4) 攪拌翼的阻力矩T4 = 2X naX daX laX raX c(5) 所需扭矩T=T1+T2+T3+T4(6) 裝備扭矩余量S裝備扭矩T0 (100%時(shí))平安率 S= T0/T裝備扭矩T0(120%

9、時(shí))平安率 S= T0/TH a根據(jù)村山田經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算-0。2八)1374 N 140kgf 103 kN-m 10.5tf-mT21740 kN-m 177.6tf-mT3568 kN-m 58tf-mT4289 kN-m 29.46tf-mT2700 kN-m 275.5 tf-m5160 kN-m 526tf-m1.9倍6181 kN-m 631tf-m2.2倍由計(jì)算可知，本盾構(gòu)機(jī)配置了充分的扭矩。本盾構(gòu)機(jī)在100%扭矩時(shí)(=526 tf-m)是理論計(jì)算的1.91倍，有充足的余量，并 且在120%扭矩時(shí)(=631 tf-m)具有2.29倍的計(jì)算扭矩，因此足以保證工程的需 要。3、盾構(gòu)機(jī)所

10、需推力的計(jì)算：1計(jì)算條件水、土不別離計(jì)算(1)土質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土(2)覆土H20m(3)水頭Hw0m(探)(4)土的單位體積質(zhì)量水位上部W02.1t/n?(5)土的單位體積質(zhì)量水位下部W12.1t/n?水的單位體積質(zhì)量-W2-0t/m(探)(7)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)值N0(8)內(nèi)摩擦角©0 deg(9)地面載何S1t/m(10)土壓系數(shù)K10.7(11)松弛土的粘著力C49.05 KN/ m2(盾構(gòu)機(jī)外徑d6.14 m13)14)盾構(gòu)機(jī)半徑殼體長(zhǎng)rL7.3 m3.07 m15)盾構(gòu)機(jī)質(zhì)量G235 t16)掘削斷面積A29.61 m土壓計(jì)算作用在殼體上的土壓為上部土壓 P1、側(cè)壓P2及下部土

11、壓P3的平均值。17)后續(xù)設(shè)備的質(zhì)量GB100t18)牽引系數(shù)10.519)管片外徑Ds6.0 m20)管片與盾尾密封的摩擦阻力1s0.321)盾尾密封數(shù)n3道22)盾尾密封擠壓力PT0.00314 MN/m(探)標(biāo)記表示以水土不別離進(jìn)行計(jì)算時(shí)不使用。2 各參數(shù)計(jì)算(1) 松弛高度計(jì)算 考慮地面負(fù)載時(shí)的覆土H1 = H + S/W0 20.5 m 松弛高度 H2 因?yàn)槭怯萌餐劣?jì)算，所以松弛高度：H2 = H1 20.5 m 松弛寬度計(jì)算 B上部土壓 P1P1 = H2X W1側(cè)壓 P2P2 = K1 X( H2+r)X W1下部土壓 P3P3 = P1+G/(dX L)平均土壓 PP =(P

12、1+2X P2+P3) /4421686 Pa 43.0tf/m339437 Pa 34.6tf/m470179 Pa 47.9tf/m392685 Pa 40tf/mB = rX cos(45- © /2)+r1+sin(45-© /2) x tan(45- © /2) 7.4 m3 推力計(jì)算 盾構(gòu)機(jī)推力由殼體外周摩擦阻力、胸板所受的土壓與水壓、后續(xù)設(shè)備的牽 引力、管片與盾尾密封的摩擦阻力等組成。1)克服殼體外周摩擦阻力的推力F17323 kN 746 tf F1 = nX dX L X c2)克服胸板所受的土壓與水壓的推力F2 = AX P2F210050 k

13、N 1025 tf 3)克服后續(xù)設(shè)備的牽引力的推力F3F3 = GBJ490 kN 50tf(4) 克服管片與盾尾密封摩擦阻力的推力F4F4 = nX DsXy s X n X PT53 kN 5tf(5) 推進(jìn)時(shí)所需推力FF = F1+F2+F3+F4+17915 kN 1827tf4裝備推力雖然對(duì)曲線施工和方向控制來說盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸數(shù)量多比擬好，但受空間的 限制，所以尺寸及數(shù)量受到制約。1715 kN 175 tf X 22裝備推力F0F0 = 1715 X 22平安率F0/F本盾構(gòu)機(jī)配置的油缸數(shù)量及推力：(只)37730 kN 3850tf2.1倍 由計(jì)算可知，本盾構(gòu)機(jī)配置了充分的推力。

14、注：本計(jì)算從平安考慮，土壓計(jì)算時(shí)的松弛高度采用全覆土計(jì)算，而實(shí)際上 松弛高度要比全覆土小，所以上述裝備推力十分充分。并且，本盾構(gòu)機(jī)的裝備推力為所需理論推力的 2.1倍，對(duì)應(yīng)曲線施工也具有 充分的余量。4、盾構(gòu)機(jī)殼體強(qiáng)度計(jì)算4.1盾尾殼體強(qiáng)度計(jì)算1 計(jì)算條件過江段、全覆土 水、土不別離計(jì)算(1)復(fù)土深度H=20m(2)地下水位H0=0m土的質(zhì)量水上局部W0=2.1t/m土的質(zhì)量水上局部W1= 2.1"用(5)-水的質(zhì)量W2=0t/m(探)土的內(nèi)部摩擦角Q=(度地盤反力系數(shù)K=500.0 t/rm(8)盾構(gòu)機(jī)外徑D=6.14m(9)盾構(gòu)機(jī)半徑R=3.07m(10)盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度L=7.3m(

15、11)盾構(gòu)機(jī)自重G=235.0t(12)盾構(gòu)機(jī)殼體板厚T=4.50cm(13)路面負(fù)荷S=1.0t/fri序標(biāo)記表示以水土不別離進(jìn)行計(jì)算時(shí)不使用O2 各參數(shù)的計(jì)算1 土壓系數(shù) K1假定土壓系數(shù) K10.7002 盾構(gòu)機(jī)單位面積質(zhì)量 G1G1=G/(PIX DX L)1.574tf/m2PI=圓周率=3.14殼體斷面慣性矩每100cm I3I=100/12X T3759.3750cm44 殼體斷面抗彎模數(shù) 每 100cm ZZ=100/6X T2337.5000cm3(5) 殼體斷面積 (每 100cm) AA=100X T450.00002 cm3 松弛土高度的計(jì)算1考慮路面載荷的覆土深度 H

16、1H1=H+S/W0 20.4762 m2松弛土寬度 BB=RX COS4$Q/2+R X 1+SIN45 °-Q/2 X TAN45-Q/2 7.4116 m3松弛土高度 H2因?yàn)槭怯萌餐劣?jì)算，所以松弛高度為：H2 = H120.4762 m4 盾構(gòu)機(jī)殼體水平方向變位量的計(jì)算 1 由盾構(gòu)機(jī)自重引起的變位量： R1R1=PIXG1XR4/24XEXIX 1070.1148 mPI = 圓周率 = 3.14E = 鋼鐵的彈性模量 = 2.1X106 kgf/cm 22由覆土重量引起的變位量： R2R2=-6XW0XR5/72XEXIX H2/RXK1-1+K1X107 -0.2095

17、 m3由水壓引起的變位量： R3R3= -W2XR5/12XEXI X 1070.0000 m4由地層反力引起的變位系數(shù)： R4R4= 0.0454XKXR4/EXI X 10712.6446 5合成變位量： R5R5=R1+R2+R3/1+R40-.0069 m5 荷重的計(jì)算(1)由盾構(gòu)機(jī)自重引起的扭矩M1 KN-m及軸力N1 KN1) 0<X< PI/2(PI =圓周率=3.14)2M1(X)=G1XR2X3/8 XPI-5/6 XCOS(X)-XXSIN(X) N1(X)=G1XRXXXSIN(X)-1/6 XCOS(X)2) PI/2W X< PI (PI =圓周率=

18、3.14)M1(X)=G1 X R X (PI-X) X SIN(X)-1/2 X PI X SIN(X) 2-5/6 X C0S(X)-1/8 X PI2N1(X)=G1 X RX PI X SIN(X) -(PI-X) X SIN(X)-1/6 X COS(X)(2) 由復(fù)土載荷引起的扭矩M2 KN-m及軸力N2 KN1) 0<X< PI/2(PI =圓周率=3.14)3M2(X)=W0 X R/24 X K1 X COS(X X)-6H2/R X (K1-1)+K1 X COS(2X X)N2(X)=W0 X R78 X 4 X (H2/R X (K1+1)+K1)+4 X

19、H2/R X (K1-1)+K1 XCOS(2< X)-2 X K1X COS(X)-K1X COS(3X X)(3) 由水壓引起的扭矩M3 KN-m及軸力N3 KN1) 0<X< PI/2(PI =圓周率=3.14)3M3(X)=W2 X R/24 X COS(3X X)-6 X COS(2X X)N3(X)=W2 X H0X R+WX R78 X COS(X)+8X COS(X) 2-4 X COS(X)(4) 由地層反力引起的扭矩M4 KN-m及軸力N4 KN1) 0<X< PI/2(PI =圓周率=3.14)M4(X)=0.2346-0.3536 X CO

20、S(X)X KX R5X R2N4(X)=0.3536 X COS(X)X KX R5X R2) PI/2W X PI (PI =圓周率=3.14)M4(X)=-0.3487+0.5 X SIN(X) 2+0.2357 X COS(X)3 X KX R5X R22 2N4(X)=0.7070 X COS(X)+COS(X) +0.7070 SIN(X) X COS(X)X KX R5X R 彎曲扭矩M及軸力N的計(jì)算結(jié)果(1 )彎曲扭矩M計(jì)算結(jié)果(KN-m/mX (deg)M1M2M3M4合成扭矩050.123P -86.938 :0.000r 38.1491.4321544.400-77.96

21、50.00034.2860.7213028.293-52.1040.00022.962-0.849454.868P -12.281 10.0004.974-2.46660-21.14934.7360.000-17.876-4.28975-43.90277.9650.000-39.076-5.01390-57.091P 104.207 :0.000P -48.504 :-1.388105-54.983102.5270.000-39.0768.468120-35.94369.4720.000-17.87615.652135-4.86812.2810.0004.97412.36115028.799-

22、52.1040.00022.962-0.34316554.486P-102.527 :0.000P 34.286-13.75518064.060-121.5750.00038.149 :-19.366軸力N的計(jì)算結(jié)果KN/mX (deg)N1N2N3N4合成軸力0-7.893P 1184.503 :0.000:-36.924 :1139.68615-4.4151181.5350.000-35.6661141.454305.5621172.0780.000-31.9771145.6644520.719P 1155.530 :0.000P -26.109 :1150.1396039.0011133

23、.5870.000-16.8771155.7107557.834P 1111.9540.000P -5.7151164. 0739074.3861099.6430.0000.0001174. 03010580.9731195.5230.000-5.7151180. 78112072.579P 1133.5870.000:-16.8771189. 28913553.6881179.5320.000-26.1091207. 09015031.6131230.8710.000-31.9771230. 52416514.381r 1271.111 10.000-35.6661249. 8261807.

24、8931286.3340.000-36.9241257. 3037盾構(gòu)機(jī)殼體應(yīng)力c的計(jì)算結(jié)果：1在殼體外側(cè)產(chǎn)生的應(yīng)力c外側(cè) c 外側(cè)=MX 105/Z+N x 103/Akgf/cm 在殼體內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的應(yīng)力c內(nèi)側(cè)c 內(nèi)側(cè)=-M x 105/Z+N x 103/Akgf/cm3殼體產(chǎn)生的應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果kgf/cm2 容許應(yīng)力為：16000 N/cm 2X (deg)c 外側(cè)判定c 內(nèi)側(cè)判定0P 2956.9OK2108.4OK152750.1OK2323.0OK302249.4OK2797.4OK451825.2OK3286.5OK601297.4OK3839.1OK751101.4OK4072.

25、3r ok902197.8OK3020.1OK1055133.0OK114.9OK120P 7280.6OK-1994.9POK1356344.9OK-980.1OK1502632.8OK2836.2OK165-1298.3OK6853.0OK180-2944.1OK8532.1OK結(jié)論：本盾構(gòu)機(jī)殼體的計(jì)算應(yīng)力8532.1 N/cm2v容許應(yīng)力16OOON/CR2、容許應(yīng)變 具有充足的余量。4.2鉸接殼體強(qiáng)度計(jì)算：在結(jié)構(gòu)上鉸接處就比盾尾要好：1、鉸接處殼體鋼板厚度與盾尾根本相同。2、在安裝鉸接油缸處配置了圈板、環(huán)板、加強(qiáng)筋板。3、由于前述的原因，作為在計(jì)算時(shí)的懸臂長(zhǎng)度比盾尾計(jì)算時(shí)要短得多 所以

26、說，鉸接殼體強(qiáng)度與剛度比盾尾要高，可以不用計(jì)算。5、切削刀具壽命的計(jì)算：本計(jì)算是對(duì)© 6.14m土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的切削刀具壽命進(jìn)行計(jì)算。本計(jì)算是基于所給出的地質(zhì)條件和小松公司許多盾構(gòu)機(jī)施工參數(shù)實(shí)績(jī)上所進(jìn)行 的，計(jì)算結(jié)果只是作為參考。根據(jù)實(shí)際的掘削土體和掘削狀況，可能與計(jì)算推定的 結(jié)果有所不一致。5.1計(jì)算條件本計(jì)算根據(jù)標(biāo)書所提及的地質(zhì)條件，如表5-1表5-1 地質(zhì)條件地質(zhì)條件粘土、砂、砂礫隧道長(zhǎng)度m切削刀的規(guī)格如表5-2所示:表5-2切削刀規(guī)格切削刀種類主切削刀刮刀刀片高度：t035mm35mm限定磨損量：t=t0/2.514mm14mm切削刀材質(zhì)E-3E-35.2計(jì)算方法:刀具的掘

27、削距離壽命 L (m)為：到達(dá)刀具限定磨損量時(shí)，盾構(gòu)機(jī)所能掘削推 進(jìn)的距離。用下式表示：1000 入Pe 5Pe xx.(1)L = x =2孔 x r100jiX r其中：Pe (cm/rev)：刀具的切入量入 (km):刀具轉(zhuǎn)動(dòng)距離壽命r (m):刀具安裝半徑(1) 刀具切入量Pe刀具切入量Pe采用2.3 cm/rev進(jìn)行計(jì)算。如掘進(jìn)速度 V=3.0cm/min ， 刀盤回轉(zhuǎn)速度 N=1.3rpm ， 那么 Pe=V/N=2.3cm/min)(2) 刀具安裝半徑r刀具安裝半徑r,采用刀具各組合中最容易磨損的最外周刀具安裝半徑，如 表5-3所示。表5-3各刀具安裝半徑刀具種類安裝半徑刀具種類

28、備注切削刀具(內(nèi)周部)1.5m主切削刀1條軌跡1把切削刀:切削刀具(中間部)2.2m主切削刀1條軌跡2把切削刀切削刀具(外周部)3.1m主切削刀 刮刀1條軌跡3把切削刀(3) 刀具轉(zhuǎn)動(dòng)距離壽命入刀具轉(zhuǎn)動(dòng)距離壽命入是到達(dá)刀具限定磨損量時(shí)，邊掘削開挖面邊轉(zhuǎn)動(dòng)的可能 距離。刀具轉(zhuǎn)動(dòng)距離壽命入，用下式計(jì)算：1000Xt入= .(2)K其中：t (mm)：限定磨損量K:根據(jù)切削刀具材質(zhì)和地質(zhì)條件所決定的摩擦系數(shù)限定磨損量t,如表5-2所示。摩擦系數(shù)K根據(jù)小松公司的許多業(yè)績(jī)，如表 5-4 所示。表5-4 摩擦系數(shù)K土壓平衡 式盾構(gòu)機(jī)粘土砂砂礫刀頭材質(zhì)(硬質(zhì)合金)41515252545E-527.57.51

29、2.512.522.5E-31.33558.338.3315E-2本計(jì)算中的摩擦系數(shù)，由于工程地質(zhì)為粘土、砂、砂礫，所以為平安考慮， 采用在砂層中能平安掘削的E-3材質(zhì)的摩擦系數(shù)K最大值12.5。并且本盾構(gòu)機(jī)的中間部及外周部切削刀具的配置為 1條軌跡配置2把切削刀以 上(見表5-3備注)，可減少刀具磨損。根據(jù)小松公司的實(shí)績(jī)，1條軌跡n把切削刀的場(chǎng)合，與1條軌跡1把切削刀相比，摩擦系數(shù) K為n-0.333倍。例如，n=3的場(chǎng) 合，摩擦系數(shù)K= n-0.333=0.69倍，刀具壽命為1/0.69=1.45倍。本計(jì)算中考慮了這些 因素而進(jìn)行推定。5.3計(jì)算結(jié)果：根據(jù)以上方法所進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，如表 5

30、-5所示:表5-5刀具壽命計(jì)算結(jié)果刀具種類切削刀具 內(nèi)周部切削刀具 中間部切削刀具 外周部限定磨損量t14mm14mm14mm摩擦系數(shù)K12.512.512.5每條軌跡切削刀數(shù)n123考慮n的K值K Xn-0.33312.59.928.67刀具轉(zhuǎn)動(dòng)距離壽命入1120km1411km1615km刀具的切入量Pe2.3cm/min2.3cm/min2.3cm/min刀具安裝半徑r1.5m2.2m3.1m刀具掘進(jìn)距離壽命L2733m2348m1907m從以上可看出，各掘削刀具的掘進(jìn)距離壽命 L比隧道單向掘削距離要長(zhǎng)，可以 考慮各掘削刀具完全能滿足在掘進(jìn)期間的磨損。只需在接受井中更換刀具。并且，在主切

31、削刀具前配置了先行刀，先行刀可以減輕主切削刀的磨損，提高 刀具的壽命，所以加之考慮先行刀的作用，掘進(jìn)距離可以更長(zhǎng)。如果實(shí)際土質(zhì)與上述計(jì)算所依據(jù)的土質(zhì)有差異，必須根據(jù)明確的詳細(xì)地質(zhì)資料 再進(jìn)行計(jì)算。6三排園柱滾柱軸承:6.1盾構(gòu)機(jī)規(guī)格：盾構(gòu)機(jī)外徑D (m)6.14盾構(gòu)機(jī)主機(jī)長(zhǎng)L (m)盾構(gòu)機(jī)主機(jī)重量(tf)235刀盤扭矩T (tf-m)P 526刀盤轉(zhuǎn)速Nch (rpm)1.3刀盤開口率r 40推進(jìn)油缸總推力Fa0 (tf)3850a= 2.27刀盤外周速v =25.1m/min 刀盤轉(zhuǎn)速為1.3rpm時(shí)1、土載荷的計(jì)算： 根據(jù)正常掘進(jìn)時(shí)的土載荷決定計(jì)算載荷。(1)盾構(gòu)機(jī)頂部水平方向的土載荷P1

32、 = k'x hO x W盾構(gòu)機(jī)頂部土壓系數(shù)(靜止土壓系數(shù))=42.0 (t / m2)k= 1(2)盾構(gòu)機(jī)底部水平方向的土載荷P2 = k x (hO + D) x W=54.9 (t / m2)盾構(gòu)機(jī)底部土壓系數(shù)(靜止土壓系數(shù))k = k' = 1其中:hO：松弛高度hO = 20.0 mW: 土的單位體積重量W = 2.1 (t/m3)2、作用與三排園柱滾柱軸承上的載荷的計(jì)算(1) 載荷中心位置L1 = D/2 -(D/3) X (2P1 + P2) /(P1 + P2)=0.14 (m)其中：L1 :從盾構(gòu)機(jī)中心到載荷重心位置的距離(2) 軸向載荷：Fa1Fa1 = n

33、 D2/4X( P1+P2) /2X(17 )=545.1(tf)(3) 徑向載荷：Fr1Fr1 = P1X D x b+Gc=135.2 (tf)其中：刀盤厚度 b =0.40 m尺寸未定時(shí)厚度為：b=0.18C刀盤重量：Gc = 32.0 (t) 尺寸未定時(shí)為：Gc= D2(4) 力矩載荷：M1M1 = Fa1X L1+Fr1 x L2=275.2 (tf-m)其中：L2 :從刀盤厚度方向中心到三排園柱滾柱軸承中心的距離L2 = 1.49尺寸未定時(shí)為：L2=0.63、三排園柱滾柱軸承強(qiáng)度計(jì)算: 1三排園柱滾柱軸承規(guī)格工程靜載荷*1動(dòng)載荷*2軸向側(cè)CA (tf)5501886反軸向側(cè)CRA

34、(tf)2650381.2徑向側(cè)CR (tf)366111y1=1y2=2.252壽命：Lh(1) 軸向滾柱壽命LhaPea = yix Fa1+z1(M1/DL) x 103 =734.4 (tf)Lha = (Ca/Pca)10/3x 106/(60 x Nch) =23,971 (h)(2) 徑向滾柱壽命LhrPcr =Fr1 = 135.2 (tf)Lhr = (CR2/Pcr) 10/3 x 106/(60 x Nch) =6,640 (h)結(jié)論：軸承計(jì)算壽命(6,640小時(shí))大于5000小時(shí)，滿足標(biāo)書要求如果盾構(gòu)機(jī)平均以V=3cm/min速度推進(jìn)，那么盾構(gòu)機(jī)可掘進(jìn)距離為:L = (

35、60 x V) x Lhr /100=(60x 3)x 6640x /100=11,952 m因此，掘進(jìn)距離11,952 m大于6000m,滿足標(biāo)書要求7、刀盤驅(qū)動(dòng)部傳動(dòng)齒輪強(qiáng)度計(jì)算刀盤用8臺(tái)變頻減速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，各變頻減速電動(dòng)機(jī)輸出軸安裝有小齒輪，小 齒輪與主軸承上的內(nèi)齒圈嚙合，通過變頻減速電動(dòng)機(jī)輸出扭矩帶動(dòng)主軸承旋轉(zhuǎn)從而 帶動(dòng)刀盤的回轉(zhuǎn)。以刀盤120%的驅(qū)動(dòng)扭矩，壽命為6000小時(shí)來計(jì)算由于盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)中不可 能始終以120%扭矩連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以計(jì)算結(jié)果更平安。7.1、齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算:小齒輪內(nèi)齒圈齒數(shù)Z18150模數(shù)M2020壓力角adeg2020齒寬P Bmm210220個(gè)數(shù)P N個(gè)88輸

36、出軸扭矩Tkgf-m9,446631,200轉(zhuǎn)速nrpm6.70.80變位系數(shù)x0.40.0節(jié)園直徑domm3603,000接線力r pkgf52,48052,600齒型系數(shù)丫0.4350.469周速度Vm/s0.1260.126速度系數(shù)r Fv0.9440.944彎曲應(yīng)力bkgf/mm 230.4 < 4127.0 < 41齒輪彎曲許用應(yīng)力=41kgf/mm2 材質(zhì)SCM420H從上述計(jì)算結(jié)果可知，小齒輪、內(nèi)齒圈對(duì)應(yīng)120%扭矩也有足夠的彎曲強(qiáng)度小齒輪內(nèi)齒圈模數(shù)mmm20 20齒數(shù)Z個(gè)18150變位系數(shù)x0.40基準(zhǔn)壓力角a 0deg20 20接觸齒寬bmm210210中心距離amm1,6801,6