盾构机刀盘的控制特点
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4 结论 本文提出的通过把双面反射镜贴近望远镜筒 ，可以快速地 调整望远镜聚焦于无穷远及使平面镜两个面反射的绿“十”字 像出现在视场中 ，该方法在教学实践中得到了验证 ，提高了分 光计的调整速度 ，保证了教学质量。
参考文献 [1]计晶晶，杨颖.医用物理实验[M].内蒙古大学出版社， 2010：50-53. [2]张志雄.试论分光计的调节原理和调节方法[J].物理实 验，1986(3)：113-116. [3]王小怀.分光计调节和使用中的困难及解决措施[J].实 验室研究与探索，2007，26(2)：35-37. [4]杨百愚，冯大毅.分光计调整实验中望远镜的调整技巧 [J].大学物理，2005，4(4)：45-50.
盾构机是集机械、电气、液压、测量、控制等多种学科技 术于一体 ，专门用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程 装备 [1]。它具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全 性高、对地表沉降和环境影响小等优点 ，被广泛应用于世界各 地的城市地铁、穿山隧道、污水管线等众多领域。
1 盾构机的工作原理 盾构施工法是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法 ，它使用 盾构机在地下掘进 ，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定 的同时 ，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业 [2]。土压平 衡式盾构机是盾构隧道法施工最常用的一种盾构机。其细部结 构如下图所示。盾壳支撑着围岩并保护着刀盘等掘削系统 ；在 刀盘扭矩力和推进油缸顶力的作用下 ，盾构在土层中利用布置 在刀盘上的切割刀 ，对土体进行切削。切削下的土体经刀盘进 土槽并进入土舱 ，通过配备的加泥系统对充满土舱的切削土进 行改良 ，使其具有良好的流塑性 ；通过可控制转速的螺旋出土 器 ，控制土舱的出土量 ，使土舱内的改良土保持一定的压力 ， 使之与开挖面的土压保持动态平衡 ，达到控制地表沉降的目的。 刀盘是盾构机的关键部件之一 ，其功能就是破碎岩石、切 削土体 ，并对切削下的土体有临时支护的作用 ，同时还有搅拌 切削土体 ，使其具有一定的流塑性。
参考文献 [1]唐健.盾构可编程控制器（PLC）系统设计研究[J].铁 道工程学报，2006(6). [2]裴洪军.城市隧道盾构法施工开挖面稳定性研究[D].海 河大学硕士学位论文，2005，1.
《科技传播》2012•4（下） 70
2 刀盘驱动系统的控制特点 盾构机刀盘驱动系统具有功率大、功率变化范围宽的特点。 负载是随断面的土质状况变化的 ，切削硬岩和切削软土所需的 切削力矩及转速的变化很大 ，在切削硬岩时需要高速小扭矩 ， 切削软岩时需要低速大扭矩 ，因此刀盘的速度是可以变化的 ， 根据设计需要 ，刀盘速度的变化范围为 0 转 / 分 ~3.5 转 / 分。 在低速时 ，刀盘的扭矩可以恒定不变 ，是恒扭矩控制 ，在高速 时 ，刀盘的功能恒定不变 ，是恒功率控制 ，刀盘速度与转矩的 控制曲线如下图所示。红色曲线部分表示盾构机在脱困模式下 的刀盘转速与刀盘转矩的关系 ，这种控制只有当刀盘被岩石或
（上接第92页）
焊点质量良好 ， 焊接质量 目测为主 ，对有疑问的焊点、 与试验前状态无区别。
印制线采用三维视频显示仪光 无断裂、起翘现象 ，
印制线情况
学放大 50 倍以上微观检查。
状态良好。
元器件情况
状态良好 ，无异常。
按 GB/T4677-2002
变形量分别为 0.20%、
曲翘变形量 “印制板测试方法” 0.27% 和 0.32%，与试
（上接第104页）
进行了分析 ，在不同的地质情况下 ，盾构机的控制系统具有不 同的特点 ，有恒转矩控制和恒功率控制 ，在必要的情况下 ，可 以有短时的高转矩控制 ，在设计盾构机的刀盘控制系统时 ，应 该考虑这些 ，同时给出了计算刀盘扭矩和速度的计算公式 ，根 据这些数据可以很好的了解盾构机刀盘系统的工作状况。
Tn = N × N1× (N 2 / N3) ×η
其中 ：N 表示所有刀盘电机的扭矩 ； N1 表示主驱动减速比 ； N2 表示电机齿数 ； N3 表示减速机齿数 ； η 表示电机的机械效率。
6x 1340 x 98.05 x (119/15) x 0, 9072= 5 700 000 Nm = 5700 kN·m
参考文献 [1]郭欣.多层印制电路板波峰焊接工艺浅析.印制电路信 息，2001(7)． [2]倪行伟，曹如仁.印制线路板波峰焊变形初探.维普资 讯． [3]王雪兆.波峰焊夹具的设计分析与改进[J].通讯与广播 电视，1994(3)． [4]张蕾.印制板变形的原因分析与对策[J].通讯与广播电 视，1999(2)．
环的移动出现在视场中。很多学生由于观察不够仔细或是没有 经验 ，却认为找不到绿“十”字像。
一个面的反射像调好了 ，平面镜转 180°采用同样的调节 方法使视场中出现绿“十”字。但也可能会有一个面的绿“十” 字出现 ，另一个面的丢失的情况 ，要重复上述步骤 ，直到看到 “十”字反射像。当平面镜两个面反射的绿“十”字像都能看 到时 ，同样采用半调法 ，此时不用判断倾斜方向 ，调节变得比 较容易。当两个面反射的绿“十”字像都和分划板上的调节用 叉丝线重合时 ，望远镜光轴与仪器的中心转轴相垂直。
3.3 平面镜镜面平行于仪器转轴的调节
在上述调节的基础上 ，将平面镜的位置在水平面内改变。 旋转载物台 ，使镜面垂直于望远镜光轴 ，从望远镜中找到反射 “十”字像 ，调节载物台与镜面正对的倾斜螺钉 ，使反射“十” 字像与调节叉丝重合 ，另一面的反射“十”字像与调节叉丝也 会是重合的 ，此时平面镜镜面与仪器转轴垂直。
（下转第70页）
《科技传播》2012•4（下） 104
理论研究 Theoretical Research
3 难点的解决方法
3.1 望远镜聚焦于无穷远处的调节方法
在望远镜的分划板上看不到绿色“十”字叉丝的反射像 有时是由于望远镜的焦距没调好 ，即使反射光线进入望远镜中 也无法看到分划板上的绿“十”字。此时 ，将平面镜紧贴在望 远镜的物镜端 ，一般情况下 ，望远镜的光轴与其端口垂直 ，这 样就能基本保证望远镜的光轴垂直于平面镜 ，绿色“十”字叉 丝的反射像按图 1 的分析就落在了望远镜的视野中。若看不到 绿色“十”字叉丝或是看到的“十”字叉丝模糊不清 ，此时只 需改变物镜与叉丝间的距离 ，使叉丝正好位于物镜焦平面的位 置时 ，可以使叉丝反射像最清晰 ，望远镜也就聚焦于无穷远处 了。这一步调好了就不会出现原因一提到的反射光线进入望远 镜中 ，却看不到“十”字叉丝的情况。
3.2 望远镜光轴与仪器转轴垂直的调节方法
在望远镜聚焦于无穷远处的前提下 ，针对原因二提出的找 不到绿色“十”字叉丝的情况 ，可以采用把双面反射镜直接贴 到望远镜筒上。根据图 1 分析 ，反射光一定能进入望远镜中 ， 视场中就会出现清晰的绿“十”字。在视场中不丢掉绿“十” 字的情况下 ，把双面反射镜慢慢地退回到平台上 ，此过程需要 不断前后倾斜平面镜 ，同时判断平台和望远镜筒的倾斜方向 ， 并调节平台下和望远镜正对的倾斜螺钉 [1]，使绿“十”字回到 视场中。根据调节经验 ，不能单单调平台的倾斜调节螺钉 ，同 时也要调望远镜的倾斜调节螺钉。否则容易出现两个面的反射 像相互制约 ，一个出现另一个丢失的情况。调节时需要采用半 调法 ，此处的半调法和两个面的反射像都出现在视场中时所采 用的半调法 [1] 有所不同。前者因为看不到绿“十”字的移动 ， 需要准确的判断平台和望远镜的倾斜方向。并各调平台和望远 镜的倾斜螺钉同样的高度使绿“十”字稳定地停留在视场中。 有时在视场中看到的不是绿“十”字像 ，而是一个光环 ，调节 时要使光环的中心不断向视场中移动 ，绿“十”字就会随着光
对试验板用塞规测量变形量。 验前状态一致。
表2 检验结果证明 ：试验板经过温循、振动试验后 ，焊接质量、 印制线情况、元器件情况及曲翘变形量试验前状态一致 ，无异 常。
2 结论
由此可见 ，使用夹持工装夹持印制板进行波峰焊 ，能够有 效避免印制板的变形 ，同时工装夹具的制造成本也较为低廉 ， 且使用起来也较为方便 ，可以说工装夹具夹持印制板进行波峰 焊是一种经济有效的防止印制板波峰焊变形的方法。
2.2 刀盘速度的计算 Vn = V / N1/ (N 2 / N3) 其中 ：V 表示刀盘主电机（带速度编码器）的速度 ；
N1 表示主驱动减速比 ； N2 表示电机齿数 ； N3 表示减速机齿数。 2528/98.05/（119/15）=3.25rpm 3 结论 本文对盾构机的工作原理进行了介绍 ，知道盾构机的刀盘 在整个系统中具有重要地位 ，因此对刀盘驱动系统的控制部分
泥土卡主 ，不能旋转时才使用 ，使刀盘摆脱现在的状况 ，因此 称之为脱困模式。而且脱困模式下 ，刀盘的运行时间不能太长 ， 一般设定为工作 30s，超过 30s 后自动停止 ，在停止后 60s 之 内不能启动。
刀盘速度与转矩曲线
刀盘扭矩与转速 2.1 刀盘实际扭矩的计算 刀盘的实际扭矩的计算如下 ：
理论研究 Theoretical Research
盾构机刀盘的控制特点
朱 岩 ，李 驰 北方重工集团有限公司盾构机分公司 ，辽宁沈阳
110141
摘 要 盾构机是集机械、电气、液压、测量、控制等多种学科技术于一体 ，专门用于地下隧道工程开挖的技术
密集型重大工程设备。盾构机是在盾体的保护下 ，在刀盘的旋转同时 ，通过推进油缸向前掘进 ，同时可以拼装管片 ，
隧道一次成型。在这个设备中 ，盾构机的刀盘具有至关重要的作用 ，本文对盾构机的刀盘驱动系统的控制进行了介
绍 ，同时给出了计算刀盘速度和扭矩的公式 ，对刀盘的控制具有一定的借鉴作用。Hale Waihona Puke Baidu
关 键 词 盾构机 ；刀盘驱动系统 ；转矩 ；转速
中图分类号 U455
文献标识码 A
文章编号 1674-6708（2012）65-0104-02
参考文献 [1]计晶晶，杨颖.医用物理实验[M].内蒙古大学出版社， 2010：50-53. [2]张志雄.试论分光计的调节原理和调节方法[J].物理实 验，1986(3)：113-116. [3]王小怀.分光计调节和使用中的困难及解决措施[J].实 验室研究与探索，2007，26(2)：35-37. [4]杨百愚，冯大毅.分光计调整实验中望远镜的调整技巧 [J].大学物理，2005，4(4)：45-50.
盾构机是集机械、电气、液压、测量、控制等多种学科技 术于一体 ，专门用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程 装备 [1]。它具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全 性高、对地表沉降和环境影响小等优点 ，被广泛应用于世界各 地的城市地铁、穿山隧道、污水管线等众多领域。
1 盾构机的工作原理 盾构施工法是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法 ，它使用 盾构机在地下掘进 ，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定 的同时 ，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业 [2]。土压平 衡式盾构机是盾构隧道法施工最常用的一种盾构机。其细部结 构如下图所示。盾壳支撑着围岩并保护着刀盘等掘削系统 ；在 刀盘扭矩力和推进油缸顶力的作用下 ，盾构在土层中利用布置 在刀盘上的切割刀 ，对土体进行切削。切削下的土体经刀盘进 土槽并进入土舱 ，通过配备的加泥系统对充满土舱的切削土进 行改良 ，使其具有良好的流塑性 ；通过可控制转速的螺旋出土 器 ，控制土舱的出土量 ，使土舱内的改良土保持一定的压力 ， 使之与开挖面的土压保持动态平衡 ，达到控制地表沉降的目的。 刀盘是盾构机的关键部件之一 ，其功能就是破碎岩石、切 削土体 ，并对切削下的土体有临时支护的作用 ，同时还有搅拌 切削土体 ，使其具有一定的流塑性。
参考文献 [1]唐健.盾构可编程控制器（PLC）系统设计研究[J].铁 道工程学报，2006(6). [2]裴洪军.城市隧道盾构法施工开挖面稳定性研究[D].海 河大学硕士学位论文，2005，1.
《科技传播》2012•4（下） 70
2 刀盘驱动系统的控制特点 盾构机刀盘驱动系统具有功率大、功率变化范围宽的特点。 负载是随断面的土质状况变化的 ，切削硬岩和切削软土所需的 切削力矩及转速的变化很大 ，在切削硬岩时需要高速小扭矩 ， 切削软岩时需要低速大扭矩 ，因此刀盘的速度是可以变化的 ， 根据设计需要 ，刀盘速度的变化范围为 0 转 / 分 ~3.5 转 / 分。 在低速时 ，刀盘的扭矩可以恒定不变 ，是恒扭矩控制 ，在高速 时 ，刀盘的功能恒定不变 ，是恒功率控制 ，刀盘速度与转矩的 控制曲线如下图所示。红色曲线部分表示盾构机在脱困模式下 的刀盘转速与刀盘转矩的关系 ，这种控制只有当刀盘被岩石或
（上接第92页）
焊点质量良好 ， 焊接质量 目测为主 ，对有疑问的焊点、 与试验前状态无区别。
印制线采用三维视频显示仪光 无断裂、起翘现象 ，
印制线情况
学放大 50 倍以上微观检查。
状态良好。
元器件情况
状态良好 ，无异常。
按 GB/T4677-2002
变形量分别为 0.20%、
曲翘变形量 “印制板测试方法” 0.27% 和 0.32%，与试
（上接第104页）
进行了分析 ，在不同的地质情况下 ，盾构机的控制系统具有不 同的特点 ，有恒转矩控制和恒功率控制 ，在必要的情况下 ，可 以有短时的高转矩控制 ，在设计盾构机的刀盘控制系统时 ，应 该考虑这些 ，同时给出了计算刀盘扭矩和速度的计算公式 ，根 据这些数据可以很好的了解盾构机刀盘系统的工作状况。
Tn = N × N1× (N 2 / N3) ×η
其中 ：N 表示所有刀盘电机的扭矩 ； N1 表示主驱动减速比 ； N2 表示电机齿数 ； N3 表示减速机齿数 ； η 表示电机的机械效率。
6x 1340 x 98.05 x (119/15) x 0, 9072= 5 700 000 Nm = 5700 kN·m
参考文献 [1]郭欣.多层印制电路板波峰焊接工艺浅析.印制电路信 息，2001(7)． [2]倪行伟，曹如仁.印制线路板波峰焊变形初探.维普资 讯． [3]王雪兆.波峰焊夹具的设计分析与改进[J].通讯与广播 电视，1994(3)． [4]张蕾.印制板变形的原因分析与对策[J].通讯与广播电 视，1999(2)．
环的移动出现在视场中。很多学生由于观察不够仔细或是没有 经验 ，却认为找不到绿“十”字像。
一个面的反射像调好了 ，平面镜转 180°采用同样的调节 方法使视场中出现绿“十”字。但也可能会有一个面的绿“十” 字出现 ，另一个面的丢失的情况 ，要重复上述步骤 ，直到看到 “十”字反射像。当平面镜两个面反射的绿“十”字像都能看 到时 ，同样采用半调法 ，此时不用判断倾斜方向 ，调节变得比 较容易。当两个面反射的绿“十”字像都和分划板上的调节用 叉丝线重合时 ，望远镜光轴与仪器的中心转轴相垂直。
3.3 平面镜镜面平行于仪器转轴的调节
在上述调节的基础上 ，将平面镜的位置在水平面内改变。 旋转载物台 ，使镜面垂直于望远镜光轴 ，从望远镜中找到反射 “十”字像 ，调节载物台与镜面正对的倾斜螺钉 ，使反射“十” 字像与调节叉丝重合 ，另一面的反射“十”字像与调节叉丝也 会是重合的 ，此时平面镜镜面与仪器转轴垂直。
（下转第70页）
《科技传播》2012•4（下） 104
理论研究 Theoretical Research
3 难点的解决方法
3.1 望远镜聚焦于无穷远处的调节方法
在望远镜的分划板上看不到绿色“十”字叉丝的反射像 有时是由于望远镜的焦距没调好 ，即使反射光线进入望远镜中 也无法看到分划板上的绿“十”字。此时 ，将平面镜紧贴在望 远镜的物镜端 ，一般情况下 ，望远镜的光轴与其端口垂直 ，这 样就能基本保证望远镜的光轴垂直于平面镜 ，绿色“十”字叉 丝的反射像按图 1 的分析就落在了望远镜的视野中。若看不到 绿色“十”字叉丝或是看到的“十”字叉丝模糊不清 ，此时只 需改变物镜与叉丝间的距离 ，使叉丝正好位于物镜焦平面的位 置时 ，可以使叉丝反射像最清晰 ，望远镜也就聚焦于无穷远处 了。这一步调好了就不会出现原因一提到的反射光线进入望远 镜中 ，却看不到“十”字叉丝的情况。
3.2 望远镜光轴与仪器转轴垂直的调节方法
在望远镜聚焦于无穷远处的前提下 ，针对原因二提出的找 不到绿色“十”字叉丝的情况 ，可以采用把双面反射镜直接贴 到望远镜筒上。根据图 1 分析 ，反射光一定能进入望远镜中 ， 视场中就会出现清晰的绿“十”字。在视场中不丢掉绿“十” 字的情况下 ，把双面反射镜慢慢地退回到平台上 ，此过程需要 不断前后倾斜平面镜 ，同时判断平台和望远镜筒的倾斜方向 ， 并调节平台下和望远镜正对的倾斜螺钉 [1]，使绿“十”字回到 视场中。根据调节经验 ，不能单单调平台的倾斜调节螺钉 ，同 时也要调望远镜的倾斜调节螺钉。否则容易出现两个面的反射 像相互制约 ，一个出现另一个丢失的情况。调节时需要采用半 调法 ，此处的半调法和两个面的反射像都出现在视场中时所采 用的半调法 [1] 有所不同。前者因为看不到绿“十”字的移动 ， 需要准确的判断平台和望远镜的倾斜方向。并各调平台和望远 镜的倾斜螺钉同样的高度使绿“十”字稳定地停留在视场中。 有时在视场中看到的不是绿“十”字像 ，而是一个光环 ，调节 时要使光环的中心不断向视场中移动 ，绿“十”字就会随着光
对试验板用塞规测量变形量。 验前状态一致。
表2 检验结果证明 ：试验板经过温循、振动试验后 ，焊接质量、 印制线情况、元器件情况及曲翘变形量试验前状态一致 ，无异 常。
2 结论
由此可见 ，使用夹持工装夹持印制板进行波峰焊 ，能够有 效避免印制板的变形 ，同时工装夹具的制造成本也较为低廉 ， 且使用起来也较为方便 ，可以说工装夹具夹持印制板进行波峰 焊是一种经济有效的防止印制板波峰焊变形的方法。
2.2 刀盘速度的计算 Vn = V / N1/ (N 2 / N3) 其中 ：V 表示刀盘主电机（带速度编码器）的速度 ；
N1 表示主驱动减速比 ； N2 表示电机齿数 ； N3 表示减速机齿数。 2528/98.05/（119/15）=3.25rpm 3 结论 本文对盾构机的工作原理进行了介绍 ，知道盾构机的刀盘 在整个系统中具有重要地位 ，因此对刀盘驱动系统的控制部分
泥土卡主 ，不能旋转时才使用 ，使刀盘摆脱现在的状况 ，因此 称之为脱困模式。而且脱困模式下 ，刀盘的运行时间不能太长 ， 一般设定为工作 30s，超过 30s 后自动停止 ，在停止后 60s 之 内不能启动。
刀盘速度与转矩曲线
刀盘扭矩与转速 2.1 刀盘实际扭矩的计算 刀盘的实际扭矩的计算如下 ：
理论研究 Theoretical Research
盾构机刀盘的控制特点
朱 岩 ，李 驰 北方重工集团有限公司盾构机分公司 ，辽宁沈阳
110141
摘 要 盾构机是集机械、电气、液压、测量、控制等多种学科技术于一体 ，专门用于地下隧道工程开挖的技术
密集型重大工程设备。盾构机是在盾体的保护下 ，在刀盘的旋转同时 ，通过推进油缸向前掘进 ，同时可以拼装管片 ，
隧道一次成型。在这个设备中 ，盾构机的刀盘具有至关重要的作用 ，本文对盾构机的刀盘驱动系统的控制进行了介
绍 ，同时给出了计算刀盘速度和扭矩的公式 ，对刀盘的控制具有一定的借鉴作用。Hale Waihona Puke Baidu
关 键 词 盾构机 ；刀盘驱动系统 ；转矩 ；转速
中图分类号 U455
文献标识码 A
文章编号 1674-6708（2012）65-0104-02