工程机械理论与设计-推力计算方法

1.TBM 推力理论表达式

掘进机向前开挖掘进时所需总推力为各刀具推力之和加上机器与洞壁及内、外大梁之间摩擦力之和。

式中　F刀——破岩时所需刀具总推力，即各刀具沿洞轴方向的分力之和；

　　　F1——机器推进时刀盘下部浮动支撑与洞壁之间的滑动摩擦力；

　　　F2——顶护盾与洞壁之间滑动摩擦力；

　　　F3——刀盘侧支撑与洞壁之间滑动摩擦力；

　　　F4——大梁水平导轨间滑动摩擦力；

　　　F5——掘进时随刀盘向前移动部分的后配套装置对机器的拖动力。

2.TBM 推力的经验算法

设计和选用TBM 时，也常按经验公式估算掘进时刀盘所需的总推进力。TBM 向前掘进时，所需要的刀盘总推进力主要取决于滚刀载荷 Fs1、TBM 刀头在机架上向前移动的滑动摩擦力 Fs2和TBM 牵引后配套设备所需要的牵引力 Fs3。在估算刀盘推力时，也可以根据每把盘形滚刀能够承受的最大轴向载荷（滚刀轴承所能承受的载荷），近似求出刀盘的驱动载荷。

（1）滚刀能够承受的最大轴向载荷。

装在刀盘上的所有盘形滚刀所能承受的总载荷为

式中　Fd——每把盘形滚刀所能承受的最大轴向载荷；

　　　n——刀头上所安装的盘形滚刀的总数。

（2）TBM 主机在机架上向前移动的滑动摩擦力：

式中　W——TBM 主机质量；

　　　FF——刀盘护盾支撑力；

　　　μ——TBM 外表面与隧道洞壁之间的摩擦系数，一般取0.3。

（3）TBM 牵引后配套设备所需要的牵引力：

式中　Wb——TBM 后配套系统的总质量；(www.xing528.com)

　　　μ′——后配套系统的滚轮与轨道之间的摩擦系数，一般取0.2。

TBM 向前掘进时所需要的总推力为

3.TBM 滚刀轴向推力表达式

由滚刀破岩机理可知，刀盘的推力用来压碎刀前岩石，并使滚刀产生侧向剪力。因此，每把盘形滚刀所需要的推压力包括压碎刀前岩石所需要的推压力和产生侧向剪力所需要的推压力两部分。

（1）压碎刀前岩石所需要的推压力：

式中　δb——岩石的单轴抗压强度，MPa；

　　　Ac——滚刀压入岩石处的接触面积，mm2，其中

式中　r——盘形滚刀的半径，mm；

　　　Pc——切深，mm；

　　　θ——盘形滚刀的刀尖角。

（2）产生侧向剪力所需要的推力：

盘形滚刀对岩石的侧向剪力

式中　S——盘形滚刀相邻切槽距离，S=D /n；

　　　τ——岩石的抗剪切强度，一般为0.05δb~0.1δb ，MPa。

此侧向剪力是刀刃通过破碎区作用到岩石上的，产生所需要的推压力为

（3）每把盘形滚刀所需要的推力：

（4）驱动刀盘所需要的总推力：

计算出刀盘总推力P 后，再根据刀盘上中心刀、正刀、边刀的布置和分布情况，乘以适当的系数（0.7～0.8），就是刀盘驱动所需要的实际总推力。