φ6140mm土壓平衡盾構(gòu)機(jī)土壓盾構(gòu)機(jī)設(shè)計計算書

1、6140mn土壓平衡盾構(gòu)機(jī)型號 TM614PMX設(shè)計計算書目錄頁數(shù)1、計算條件.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)計算 .32、盾構(gòu)機(jī)刀盤所需扭矩計算.43、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時所需推力計算.64、盾構(gòu)機(jī)殼體強(qiáng)度計算 .84.1盾尾殼體強(qiáng)度計算 .84.2鉸接殼體強(qiáng)度計算125、切削刀具壽命的計算 125.1計算條件 125.2計算方法.125.3計算結(jié)果.146、三排園柱滾子軸承計算 .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)度計算 157、刀盤驅(qū)動部傳動齒輪強(qiáng)度計算 .177.1齒輪彎曲強(qiáng)度計算 .177.2齒面接觸強(qiáng)度計算 .18&螺旋

2、輸送機(jī)規(guī)格計算 .199.1、輸送能力199.2、驅(qū)動力矩191.1、工程條件：(1)隧道長度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)行計算對于粘土、砂、砂礫土層，根據(jù)小松公司的長期經(jīng)驗，切削刀的切削阻力系數(shù) 在粘土（水土不分離）中最大，見表 1-1。因此本工程采用粘土層（水土不分離） 以及隧道上方的土體松弛高度以全覆土來計算盾構(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)）松弛干燥砂丁0.0080.01松弛濕潤砂0.010.02密實濕潤砂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 t

4、f/m(10)地層反力系數(shù)kN/m1.3、盾構(gòu)機(jī)計算的主要參數(shù)：本計算書主要計算以下盾構(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Q235):軸承及齒輪>6,000小時螺旋輸送機(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)刀盤所需扭矩的計算:1計算條件水、土不分離計算（1）土質(zhì)

5、（2）覆土（3）水頭（4）土的單位體積質(zhì)量（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（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

6、t29.61 m40%3.065 m0.4 m1.2(21)切削刀刃寬度B012 cm(22)切深t2.3 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(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(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)刀盤支撐梁長度la0.68m序)標(biāo)記表示以水土不分離進(jìn)行計算時不使用2 各參數(shù)的計算(1) 松弛高度計算考慮地面負(fù)載時的覆土H1 = H + S/W020.5 m松弛高度 H2 因為是用全覆土計算，所以松弛高度為：H2 = H1

7、20.5 m(松弛寬度 B)B = rX cos(45- © /2)+r1+sin(45-© /2) x tan(45- © /2) 7.4 m(2) 土壓計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

8、扭矩計算盾構(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) 刀具的切削阻力矩T1地質(zhì)es松弛干燥砂0.0080.01松弛濕潤砂0.010.02密實濕潤砂0.020.04粘土0.41.2一個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+T

9、2+T3+T4(6) 裝備扭矩余量S裝備扭矩T0 (100%時)安全率 S= T0/T裝備扭矩T0(120%時)安全率 S= T0/TH a根據(jù)村山田經(jīng)驗公式計算-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(=526 tf-m)是理論計算的1.91倍，有充足的余量，

10、并 且在120%扭矩時(=631 tf-m)具有2.29倍的計算扭矩，因此足以保證工程的需 要。3、盾構(gòu)機(jī)所需推力的計算：1計算條件水、土不分離計算(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rL7.3 m3.07 m15)盾構(gòu)機(jī)

11、質(zhì)量G235 t16)掘削斷面積A29.61 m土壓計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)記表示以水土不分離進(jìn)行計算時不使用。2 各參數(shù)計算(1) 松弛高度計算 考慮地面負(fù)載時的覆土H1 = H + S/W0 20.5 m 松弛高度 H2 因為是用全覆土計算，所以松弛高度：H2 = H1 20.5 m 松弛寬度計算 B上部土壓 P1P1 = H2X W1側(cè)壓 P2

12、P2 = K1 X( H2+r)X W1下部土壓 P3P3 = P1+G/(dX L)平均土壓 PP =(P1+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 t

13、f F1 = nX dX L X c2)克服胸板所受的土壓與水壓的推力F2 = AX P2F210050 kN 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)時所需推力FF = F1+F2+F3+F4+17915 kN 1827tf4裝備推力雖然對曲線施工和方向控制來說盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸數(shù)量多比較好，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安全率F0/F本盾構(gòu)

14、機(jī)配置的油缸數(shù)量及推力：(只)37730 kN 3850tf2.1倍 由計算可知，本盾構(gòu)機(jī)配置了充分的推力。注：本計算從安全考慮，土壓計算時的松弛高度采用全覆土計算，而實際上 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)度計算4.1盾尾殼體強(qiáng)度計算1 計算條件過江段、全覆土 （水、土不分離計算）(1)復(fù)土深度H=20m(2)地下水位H0=0m土的質(zhì)量（水上部分）W0=2.1t/m土的質(zhì)量（水上部分）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

15、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)長度L=7.3m(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)記表示以水土不分離進(jìn)行計算時不使用O2 各參數(shù)的計算（1） 土壓系數(shù) K1假定土壓系數(shù) K10.700（2） 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 T3759.3750cm4（4） 殼體斷面抗彎模數(shù) （每 100cm） ZZ=100/6X T2337.5

16、000cm3(5) 殼體斷面積 (每 100cm) AA=100X T450.00002 cm3 松弛土高度的計算（1）考慮路面載荷的覆土深度 H1H1=H+S/W0 20.4762 m（2）松弛土寬度 BB=RX COS（4$Q/2）+R X 1+SIN（45 °-Q/2） X TAN（45-Q/2） 7.4116 m（3）松弛土高度 H2因為是用全覆土計算，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算 （ 1 ）由盾構(gòu)機(jī)自重引起的變位量： R1R1=PIXG1XR4/（24XEXI）X 1070.1148 mPI = 圓周率 = 3.14E

17、= 鋼鐵的彈性模量 = 2.1X106 （kgf/cm 2）（2）由覆土重量引起的變位量： R2R2=-6XW0XR5/（72XEX I）X H2/RX（K1-1）+K1X 107 -0.2095 m（3）由水壓引起的變位量： R3R3= -W2XR5/（12XEXI ）X 1070.0000 m（4）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+R4）0-.0069 m5 荷重的計算(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(P

18、I =圓周率=3.14)2M1(X)=G1XR2X3/8 XPI-5/6 XCOS(X)-XXSIN(X) N1(X)=G1X RXXXSIN(X)-1/6 XCOS(X)2) PI/2W X< PI (PI =圓周率=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

19、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 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 C

20、OS(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 COS(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

21、 KX R5X R 彎曲扭矩M及軸力N的計算結(jié)果(1 )彎曲扭矩M計算結(jié)果(KN-m/mX (deg)M1M2M3M4合成扭矩050.123P -86.938 :0.000r 38.1491.4321544.400-77.9650.00034.2860.7213028.293-52.1040.00022.962-0.849454.868P -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

22、.388105-54.983102.5270.000-39.0768.468120-35.94369.4720.000-17.87615.652135-4.86812.2810.0004.97412.36115028.799-52.1040.00022.962-0.34316554.486P-102.527 :0.000P 34.286-13.75518064.060-121.5750.00038.149 :-19.366軸力N的計算結(jié)果（KN/m）X (deg)N1N2N3N4合成軸力0-7.893P 1184.503 :0.000:-36.924 :1139.68615-4.4151181

23、.5350.000-35.6661141.454305.5621172.0780.000-31.9771145.6644520.719P 1155.530 :0.000P -26.109 :1150.1396039.0011133.5870.000-16.8771155.7107557.834P 1111.9540.000P -5.7151164. 0739074.3861099.6430.0000.0001174. 03010580.9731195.5230.000-5.7151180. 78112072.579P 1133.5870.000:-16.8771189. 28913553.68

24、81179.5320.000-26.1091207. 09015031.6131230.8710.000-31.9771230. 52416514.381r 1271.111 10.000-35.6661249. 8261807.8931286.3340.000-36.9241257. 3037盾構(gòu)機(jī)殼體應(yīng)力c的計算結(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/cm（3）殼體產(chǎn)生的應(yīng)力的計算結(jié)果（kgf/cm2） 容許應(yīng)力為：16000 N/cm 2

25、X (deg)c （外側(cè)）判定c （內(nèi)側(cè)）判定0P 2956.9OK2108.4OK152750.1OK2323.0OK302249.4OK2797.4OK451825.2OK3286.5OK601297.4OK3839.1OK751101.4OK4072.3r 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)殼體的計算應(yīng)力8532.1 N/cm2v容許

26、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基本相同。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，作為在計算時的懸臂長度比盾尾計算時要短得多 所以說，鉸接殼體強(qiáng)度與剛度比盾尾要高，可以不用計算。5、切削刀具壽命的計算：本計算是對© 6.14m土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的切削刀具壽命進(jìn)行計算。本計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)實績上所進(jìn)行 的，計算結(jié)果只是作為參考。根據(jù)實際的掘削土體和掘削狀況，可能與計算推定的 結(jié)果有所不一致。5.1計算條件本計算根據(jù)標(biāo)書所提及的

27、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計算方法:刀具的掘削距離壽命 L (m)為：到達(dá)刀具限定磨損量時，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)行計算。如掘進(jìn)速

28、度 V=3.0cm/min ， 刀盤回轉(zhuǎn)速度 N=1.3rpm ， 則 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)動距離壽命入刀具轉(zhuǎn)動距離壽命入是到達(dá)刀具限定磨損量時，邊掘削開挖面邊轉(zhuǎn)動的可能 距離。刀具轉(zhuǎn)動距離壽命入，用下式計算：1000Xt入= .(2)K其中：t (mm

29、)：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，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-527.57.512.512.522.5E-31.33558.338.3315E-2本計算中的摩擦系數(shù)，由于工程地質(zhì)為粘土、砂、砂礫，所以為安全考慮， 采用在砂層中能安全掘削的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)小松公司的實績，1條軌跡n把切削刀

30、的場合，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 合，摩擦系數(shù)K= n-0.333=0.69倍，刀具壽命為1/0.69=1.45倍。本計算中考慮了這些 因素而進(jìn)行推定。5.3計算結(jié)果：根據(jù)以上方法所進(jìn)行計算的結(jié)果，如表 5-5所示:表5-5刀具壽命計算結(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)動距離壽命入1120km1411km1615km刀具的切入量Pe2.3cm/min2.

31、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，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。如果實際土質(zhì)與上述計算所依據(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L (m)盾構(gòu)機(jī)主機(jī)重量(tf)235刀盤扭矩T (tf-

32、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）1、土載荷的計算： 根據(jù)正常掘進(jìn)時的土載荷決定計算載荷。(1)盾構(gòu)機(jī)頂部水平方向的土載荷P1 = 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

33、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 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尺寸未定時厚度為：b=0.18C刀盤重量：Gc = 32.0 (t) 尺寸未定時為：Gc= D2(4) 力矩載荷：M1M1 = Fa1X L1

34、+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尺寸未定時為：L2=0.63、三排園柱滾柱軸承強(qiáng)度計算: 1三排園柱滾柱軸承規(guī)格項目靜載荷*1動載荷*2軸向側(cè)CA (tf)5501886反軸向側(cè)CRA (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

35、 =Fr1 = 135.2 (tf)Lhr = (CR2/Pcr) 10/3 x 106/(60 x Nch) =6,640 (h)結(jié)論：軸承計算壽命(6,640小時)大于5000小時，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)，則盾構(gòu)機(jī)可掘進(jìn)距離為:L = (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)動部傳動齒輪強(qiáng)度計算刀盤用8臺變頻減速電動機(jī)驅(qū)動，各變頻減速電動機(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，通過變頻減速電動機(jī)輸出扭矩帶動主軸承旋轉(zhuǎn)從而

36、帶動刀盤的回轉(zhuǎn)。以刀盤120%的驅(qū)動扭矩，壽命為6000小時來計算（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)，所以計算結(jié)果更安全）。7.1、齒輪彎曲強(qiáng)度計算:小齒輪內(nèi)齒圈齒數(shù)Z18150模數(shù)M2020壓力角adeg2020齒寬P Bmm210220個數(shù)P N個88輸出軸扭矩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）從上述計算結(jié)果可知，小齒輪、內(nèi)齒圈對應(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amm1,6