复合地层中掘进的盾构机刀盘动态驱动转矩研究

中国机械工程 ›› 2010, Vol. 21 ›› Issue (06): 643-647.

复合地层中掘进的盾构机刀盘动态驱动转矩研究

张凯之;余海东;来新民

上海交通大学,上海,200240

出版日期:2010-03-25 发布日期:2010-04-02
基金资助:
国家重点基础研究发展计划资助项目(2007CB714003)
National Program on Key Basic Research Project (973 Program)（No. 2007CB714003）

Study on Dynamic Cutterhead Driving Torque of Shield Tunneling in Composite Strata

Zhang Kaizhi;Yu Haidong;Lai Xinmin

Shanghai Jiao Tong University,Shanghai,200240

Online:2010-03-25 Published:2010-04-02
Supported by:
National Program on Key Basic Research Project (973 Program)（No. 2007CB714003）

摘要/Abstract

摘要：

复合地层掘进扭矩载荷突变是造成盾构机掘进过程中堵转停机的直接原因,考虑盾构机刀盘驱动变频调速电机特性、转矩传递过程中齿轮啮合刚度及齿侧间隙等非线性因素,建立冗余驱动的盾构机刀盘切削系统机电耦合动力学模型;针对典型复合地层地质条件,对盾构机在上软下硬地层掘进过程中刀盘驱动转矩动态特性进行仿真分析。结果表明,在软土体积百分比为70%复合地层中,掘进扭矩载荷显著高于50%软土百分比复合地层;盾构机在由50%软土百分比地层掘进进入70%软土百分比地层过程中,刀盘驱动电机负荷瞬间增大,甚至超出其工作极限,电机无法稳定工作,容易导致堵转发生,该结果可以部分解释我国昆明上公山隧道施工中频繁出现堵转事故的原因,为盾构机复杂地质条件下顺应性设计提供指导。

关键词:

盾构机, 复合地层, 非线性, 刀盘驱动转矩, 堵转

Abstract:

By considering torque characteristics of variable-frequency motors and mesh stiffness as well as backlash nonlinearity in gear transmission,a dynamics model for the cutting system of shield tunneling machine with redundant drives was established. The fluctuation characteristics of torque loads and dynamic cutterhead driving torque in composite strata were analyzed.Results show that the output torques of driving motors fluctuate greatly in 70% soft clay stratum, which can result in stall of the machine. The

results can be used to explain the frequent stall in Shanggong mountain tunnel and provide theoretical guidance for compliance design of shield tunneling machine under complex load.

Key words:

shield tunnelling machine, composite strata, nonlinearity, cutterhead driving torque, stall

中图分类号:

U455.43

张凯之, 余海东, 来新民.

复合地层中掘进的盾构机刀盘动态驱动转矩研究

[J]. 中国机械工程, 2010, 21(06): 643-647.

ZHANG Kai-Zhi, TU Hai-Dong, LAI Xin-Min.

Study on Dynamic Cutterhead Driving Torque of Shield Tunneling in Composite Strata

[J]. China Mechanical Engineering, 2010, 21(06): 643-647.

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[1]	赵丁选, 郭瑞, 王硕, 闫长长, 王子鹤, 张天赐. 复杂地形环境下无人步履式挖掘机的车身姿态规划方法[J]. 中国机械工程, 2026, 37(1): 233-242.
[2]	罗敏, 黄聪剑, 李巧珍, 徐亭亭, 付彦博. 基于光滑粒子流体动力学-有限元法耦合算法的膨胀管磨铣效果影响因素研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(12): 2927-2935.
[3]	莫帅, 张燕琛, 李亚鑫, 李贝贝, 陈素姣, 彭南江, 张伟. 铝合金搅拌摩擦焊系统非线性振动特性[J]. 中国机械工程, 2025, 36(12): 3023-3029.
[4]	莫帅, 黄轩, 刘文斌, 张伟. 连续可调行星齿轮超材料非线性动力学[J]. 中国机械工程, 2025, 36(11): 2509-2516.
[5]	刘伟渭, 李阔, 王泓霁, 余玺. 磁悬浮列车随机非线性最优控制研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(11): 2583-2592.
[6]	张申廷, 雷金, 贾文兴, 张昕煜, 金鹏, 秦新燕. 移动载荷作用下输电线路的动力响应分析[J]. 中国机械工程, 2025, 36(09): 2126-2139.
[7]	张红彦, 赵昊阳, 赵焕峰, 李念轩, 孙钦政, 黄玲涛. 一种显式几何特征匹配的激光雷达SLAM方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(08): 1824-1831.
[8]	赵庭祺1, 程宏宇2, 孙茂凱1, 王生海1, 王浩然1, 陈海泉1. 船用起重机多绳减摇系统的非线性稳定控制[J]. 中国机械工程, 2025, 36(07): 1487-1496.
[9]	李冲, 栢新, 童玉健, 方记文. 低频大位移多工作模式压电直线驱动器非线性迟滞控制及实验研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(03): 493-503,514.
[10]	索喆, 李想, 刘建峰, 王继新. 重载足式机器人变缩放比例腿设计[J]. 中国机械工程, 2025, 36(02): 191-196.
[11]	张萌, 范鹏举, 王俊璞, 刘时成. 基于Rayleigh-BP模型的压电驱动系统迟滞建模与前馈控制[J]. 中国机械工程, 2024, 35(09): 1597-1605.
[12]	陈立娟, 吴蝶, 高伟, 魏龙正, 曹晟维, 艾超, 李景彬. 基于反馈线性化与非线性扰动补偿的液压型风电机组有功功率控制研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(23): 2889-2897.
[13]	闵德垒, 童汝亭, 危银涛. 考虑轮胎非线性的横摆角速度计算与车辆稳定性控制[J]. 中国机械工程, 2023, 34(21): 2521-2530.
[14]	金鸿雁, 王磊, 赵希梅. 基于摩擦补偿的两轴直驱伺服进给系统自适应非线性滑模轮廓控制[J]. 中国机械工程, 2023, 34(11): 1335-1342.
[15]	赵希梅, 王超, 金鸿雁. 基于NDO的永磁同步电动机自适应分数阶滑模控制[J]. 中国机械工程, 2023, 34(09): 1093-1099,1119.