顶管掘进机刀盘设计

目录

绪论 (1)

1顶管掘进机刀盘设计 (2)

1.1刀盘结构类型 (2)

1.2 刀盘结构的比较 (5)

1.3顶管机刀盘的方案选择 (6)

2 传动布局的的设计 (9)

2.1主传动部分的的选择方案设计 (9)

2．2顶管机纠偏设计 (10)

3 D1800顶管机设计的设计计算 (12)

3.1主传动部分设计计算 (12)

3.2减速器的确定 (12)

3.3液压纠偏油缸的选择及计算 (14)

3.4 泥水系统双联阀的设计要求和选择 (15)

4零件的校核 (16)

4.1 轴的校核 (16)

4.2 按疲劳强度计算轴的安全系数 (16)

5 D1800控制部分设计 (18)

5.1控制原理示意图 (18)

5.2 电动机控制电路设计 (18)

5.3液压纠偏系统设计 (21)

5.3.1液压控制原理图 (21)

5.3.2纠偏油缸控制原理说明 (21)

5.4机内旁通油缸的设计 (23)

5.4.1 旁通油缸液压原理图 (23)

5.4.2旁通液压缸的电路 (23)

6 结论 (24)

参考文献 (24)

绪论

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。

目前，在顶管施工中最为流行的有三种平衡理论：

气压平衡、泥水平衡和土压平衡理论。

顶管机的发展是伴随着盾构技术的发展而发展，它的形式先从手掘式、挤压式发展到半机械式。由于城市建设的发展，对顶管施工周围的环境保护提出了较高的要求，使顶管机的形式向着机械旋转切削式、泥水平衡式、土压平衡式先进机型发展我国在1984年与1985年，从日本引进了Ф4330mm小刀盘土压平衡盾构和Ф800mm 泥水平衡遥控顶管机，应用于上海芙蓉江路雨水排水总管工程和柳州路排水管工程。在取得了施工速度快、地面沉降控制好、周围环境影响小的良好效果后，开始对土压平衡与泥水平衡两种国际上先进的地下顶管掘进机进行了研制与应用。土压平衡式顶管机的研制工作开始于80年代中期，从简易式小刀盘土压平衡顶管机研制应用起步到现在，巳经历了全断面切削的大刀盘液压驱动与电机驱动土压平衡顶管机、矩形断面土压平衡顶管机三个发展阶段，顶管机的设计与制造技术日趋完善。目前，我国土压平衡顶管机巳成系列，并得到了广泛的应用

1顶管掘进机刀盘设计

1．1刀盘结构类型

盾构刀盘由钢结构件焊接而成，目前其主流型式有２种：面板式和辐条式。另外，还有介于２者之间的辐板式刀盘（由辐条和幅板组成）面板式刀盘（图１、图２）一般为焊接箱形结构，其上设置刀座、刀具、开口、添加剂注入口及与主轴承连接部件。切刀布置在面板上开口的两侧，滚刀布置面板是刀座。刀盘开口率较小，在３０％左右，属闭胸式。目前，中国使用的盾构大部分为面板式刀盘结构，如上海地铁施工用的是法国ＦＣＢ盾构，北京、广州、深圳及南京等地用的是海瑞克盾构。

图１广地铁面板式刀盘

图２南京地铁面板式刀盘

辐条式刀盘（图３、图４）主要由轮缘、辐条及布设在辐条上的刀具组成。刀具布置在辐条的两侧，一般较难布置滚刀。刀盘开口率很大，约在６０％￣９５％之间，属开敞式。以往，辐条式刀盘应用较少。最近，在日本地铁工程中辐条式刀盘应用开始增多。中国盾构工法也开始应用辐条式刀盘.

辐板式刀盘（图５、图６）兼有面板式和辐条式刀盘的特点，由较宽的辐条和小块幅板

组成，切刀和滚刀分别布置在宽辐条的两侧和内部，开口率约在３５％￣５０％之间。

1.2 刀盘结构的比较

应用时采用哪种刀盘型式，应根据施工条件和土质条件等因素决定。泥水平衡盾构刀盘一般采用面板式或幅板式，而土压平衡盾构刀盘根据土质条件可采用面板式、辐条式及幅板式。不同的刀盘型式在土舱构造、开挖面稳定、土压保持、砂土的流进性、刀盘负荷和扭矩及检查换刀等方面存在较大的差异。典型面板式和辐条特性比较如下图。

1.3顶管机刀盘的方案选择：

方案一：采用多刀盘组合式刀盘

圆盘上分布多个旋转刀，同时切削泥土或者瓦砾，进而实现掘进功能，各个旋转刀头工作互不影响，共同工作。

该方式的刀盘特点是应用于工程直径比较大的工作环境，而且土质比较坚硬，此种方式运用在D1800系统顶管机上完全满足要求，但是驱动力要求大，而且成本比较高，造价昂贵。诸多原因所以未采用此种方式的刀盘机构。

方案二：采用多刀盘液压平动式刀盘

刀盘形式多样，矩形、椭圆型、圆形….刀盘身后由多个液压马达或者电动机带动，相互配合，动作顺序严格控制，而且每个刀块上都能实现同时旋转，大大提高了工作的

效率，同时要求旋转刀块旋转顺序。

此种形式的刀盘，多用于大型的管道开挖，而我们的设计要求规定完成1800mm，“大材小用”而且，此方案的控制部分比较复杂，实际生产中不容易实现，所以未选择此种形式的刀盘

方案三：采用面板式多刀块刀盘

此种形式的刀盘，多用于中型管道的挖掘之中，泥土环境下工作，掘进效果良好。

根据我的产品要求管道直径1800mm,使用在粘土的环境中，而且掘进过程中能保持直线掘进，而且相比前几种刀盘形式，此种刀盘结构，简单，而且比较经济，使用范围广泛，深受国内外专业工程队的认可。

方案确定：

本次设计的刀盘结构确定采用面板式多刀块切削结构。