掘进机掘进过程中产生扭矩的解决办法及原理分析

庞金帝

摘要文章通过对掘进机及其抗扭矩装置的结构和施工功法的介绍，阐述了如何使用掘进机抗扭矩装置来平衡掘进机在掘进过程中产生的危害设备并影响施工安全的扭矩，从而使掘进机能过安全快速的完成隧道的施工建设。

关键词硬岩掘进机；前盾；抗扭臂；抗扭矩缸；支撑盾；泵站

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0169-02

全断面硬岩掘进机是融合机、电、液压技术为一体的大型掘进装备，被广泛地应用于硬岩地质的各种隧道施工建设工程中，尤其对于大型长距离隧道工程，由于工程长、大、深隧洞的特点，使得传统的钻爆法难以适应工程建设需要，而采用掘进机施工具有快速、优质、安全、经济、环保等突出优点。掘进机在掘进过程中会产生危害设备及施工安全的扭矩，目前用来平衡该扭矩的原理及方法有多种，本文着重介绍如何通过抗扭矩装置来解决掘进过程中产生的扭矩问题。

1硬岩掘进机抗扭矩装置简介

如图1所示，硬岩掘进机抗扭矩装置主要由以下部件组成：前盾，前抗扭臂，抗扭矩缸，后抗扭臂，支撑盾，主机泵站以及激光导向装置。其中，前盾与前抗扭臂相连接，抗扭矩油缸的一端与前抗扭臂枢纽连接，抗扭矩油缸的另一端与后抗扭臂枢纽连接，后抗扭臂与支撑盾相连接，主机泵站为所述抗扭矩油缸提供动力，激光导向装置可检测前盾的旋转角度。

1-前盾；2-前抗扭臂；3-抗扭矩油缸；4-后抗扭臂；

5-支撑盾；6-主机泵站；7-激光导向装置

图1

2抗扭矩装置中抗扭矩油缸工作原理

两个抗扭矩油缸同向并列布置，其中一个抗扭矩油缸的出油口与另一个抗扭矩油缸的进油口连通，其中一个抗扭矩油缸的进油口与另一个抗扭矩油缸的出油口连通，两条抗扭矩油缸与主机泵站分别通过单向阀连通。抗扭矩油缸具有伸出或缩进结构，即抗扭矩油缸能处于伸出或缩进状态。通过抗扭矩油缸的伸缩配合前盾运动，进而配合刀盘轴向掘进并平衡刀盘掘进过程中产生的扭矩，从而实现掘进机的平稳掘进。

掘进机抗扭矩装置的抗扭矩油缸的结构示意图如图2所示。

图2

抗扭矩装置中的两条抗扭矩缸31、32同向并列布置，抗扭矩缸31的油缸出油口与抗扭矩缸32的油缸进油口连通，抗扭矩缸31的油缸进油口与抗扭矩缸32的油缸出油口连通。当掘进机正常掘进时，两条抗扭矩油缸31、32的油缸与主机泵站61、62的液压油分别通过单向阀阻断，完全从动。前盾向前推进时，固接于前盾的前抗扭臂将两条抗扭矩油缸31、32的油缸活塞杆拉出。同理，支撑盾向前步进时，固接于支撑盾的后抗扭臂将两条抗扭矩缸31、32活塞杆压入。

3硬岩掘进机抗扭矩装置工作原理

本文提及的抗扭矩装置中：前盾为中心为空的圆盘形状，在盘上开设有一个或多个固定孔，用于与前抗扭臂固定；抗扭臂为一端小另一端大的臂状，在抗扭臂一端开设有一个或多个固定孔，用于与前抗扭臂或后抗扭臂固定连接，抗扭臂另一端开叉，并在两个叉上设有连接孔，通过该开叉结构和连接孔，抗扭臂与抗扭矩油缸枢纽连接；支撑盾为中心为空的圆盘形状，在盘上开设有一个或多个固定孔，用于与后抗扭臂固定；两个抗扭矩油缸同向并列布置，其中一个抗扭矩油缸的出油口与另一个抗扭矩油缸的进油口连通，其中一个抗扭矩油缸的进油口与另一个抗扭矩油缸的出油口连通，两条抗扭矩油缸与主机泵站分别通过单向阀连通。抗扭矩油缸具有伸出或缩进结构，即抗扭矩油缸能处于伸出或缩进状态。

在掘进机掘进过程中刀盘旋转，岩石会对刀盘施加反向扭矩，该扭矩传递到掘进机前盾上，使前盾有与刀盘反向旋转的趋势。前抗扭臂与前盾相连接，使得此反向扭矩传递到前抗扭臂上，而前抗扭臂与抗扭矩油缸销轴连接，从而使得这种反向旋转的趋势对两条抗扭矩油缸施加了力偶矩，反映到油缸杆上是两个方向相反，大小相等的力。当抗扭矩缸31的油缸杆受拉时，抗扭矩缸32的油缸杆受压。但是由于抗扭矩缸31油缸的出油口连通到了抗扭矩缸32油缸的进油口，抗扭矩缸31油缸的进油口连通到了抗扭矩缸32油缸的出油口，使得所述两条抗扭矩缸31、32油缸形成互锁，油缸杆会稳定在一个固定的位置无法伸出或缩回，恰好可以抵抗盾体旋转的趋势从而起到抗扭的作用。

然而实际施工过程中，液压缸的油会随使用时间的延长有一定的泄露，导致其抵抗盾体旋转扭矩的作用逐渐减弱，盾体会产生缓慢的旋转。此时通过激光导向装置可以实时监测盾体的旋转角度，当旋转角度达到预定角度，例如旋转角为3°时，两条抗扭矩油缸与主机泵站之间的单向阀打开，通过主机泵站的调节，使两条抗扭矩油缸工作，形成力偶矩，将盾体逆向旋转至初始状态，从而实现掘进机的平稳掘进。

4结论

文中提及的包含前盾，前抗扭臂，抗扭矩缸，后抗扭臂，支撑盾，主机泵站以及激光导向装置的掘进机抗扭矩装置，结构简单，既可配合刀盘掘进，又可平衡掘进产生的扭矩，解决了现有技术中的掘进机掘进过程中刀盘产生的扭矩导致前盾产生轴心方向旋转趋势进而危害设备问题，极大地提高了设备的利用率，减小掘进施工安全隐患，使掘进效率有了明显的提升。

参考文献

[1]白云，丁志诚.隧道掘进机施工技术[M].中国建筑工业出版社，2008.

endprint

摘要文章通过对掘进机及其抗扭矩装置的结构和施工功法的介绍，阐述了如何使用掘进机抗扭矩装置来平衡掘进机在掘进过程中产生的危害设备并影响施工安全的扭矩，从而使掘进机能过安全快速的完成隧道的施工建设。

关键词硬岩掘进机；前盾；抗扭臂；抗扭矩缸；支撑盾；泵站

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0169-02

全断面硬岩掘进机是融合机、电、液压技术为一体的大型掘进装备，被广泛地应用于硬岩地质的各种隧道施工建设工程中，尤其对于大型长距离隧道工程，由于工程长、大、深隧洞的特点，使得传统的钻爆法难以适应工程建设需要，而采用掘进机施工具有快速、优质、安全、经济、环保等突出优点。掘进机在掘进过程中会产生危害设备及施工安全的扭矩，目前用来平衡该扭矩的原理及方法有多种，本文着重介绍如何通过抗扭矩装置来解决掘进过程中产生的扭矩问题。

1硬岩掘进机抗扭矩装置简介

如图1所示，硬岩掘进机抗扭矩装置主要由以下部件组成：前盾，前抗扭臂，抗扭矩缸，后抗扭臂，支撑盾，主机泵站以及激光导向装置。其中，前盾与前抗扭臂相连接，抗扭矩油缸的一端与前抗扭臂枢纽连接，抗扭矩油缸的另一端与后抗扭臂枢纽连接，后抗扭臂与支撑盾相连接，主机泵站为所述抗扭矩油缸提供动力，激光导向装置可检测前盾的旋转角度。

1-前盾；2-前抗扭臂；3-抗扭矩油缸；4-后抗扭臂；

5-支撑盾；6-主机泵站；7-激光导向装置

图1

2抗扭矩装置中抗扭矩油缸工作原理

两个抗扭矩油缸同向并列布置，其中一个抗扭矩油缸的出油口与另一个抗扭矩油缸的进油口连通，其中一个抗扭矩油缸的进油口与另一个抗扭矩油缸的出油口连通，两条抗扭矩油缸与主机泵站分别通过单向阀连通。抗扭矩油缸具有伸出或缩进结构，即抗扭矩油缸能处于伸出或缩进状态。通过抗扭矩油缸的伸缩配合前盾运动，进而配合刀盘轴向掘进并平衡刀盘掘进过程中产生的扭矩，从而实现掘进机的平稳掘进。

掘进机抗扭矩装置的抗扭矩油缸的结构示意图如图2所示。

图2

抗扭矩装置中的两条抗扭矩缸31、32同向并列布置，抗扭矩缸31的油缸出油口与抗扭矩缸32的油缸进油口连通，抗扭矩缸31的油缸进油口与抗扭矩缸32的油缸出油口连通。当掘进机正常掘进时，两条抗扭矩油缸31、32的油缸与主机泵站61、62的液压油分别通过单向阀阻断，完全从动。前盾向前推进时，固接于前盾的前抗扭臂将两条抗扭矩油缸31、32的油缸活塞杆拉出。同理，支撑盾向前步进时，固接于支撑盾的后抗扭臂将两条抗扭矩缸31、32活塞杆压入。

3硬岩掘进机抗扭矩装置工作原理

本文提及的抗扭矩装置中：前盾为中心为空的圆盘形状，在盘上开设有一个或多个固定孔，用于与前抗扭臂固定；抗扭臂为一端小另一端大的臂状，在抗扭臂一端开设有一个或多个固定孔，用于与前抗扭臂或后抗扭臂固定连接，抗扭臂另一端开叉，并在两个叉上设有连接孔，通过该开叉结构和连接孔，抗扭臂与抗扭矩油缸枢纽连接；支撑盾为中心为空的圆盘形状，在盘上开设有一个或多个固定孔，用于与后抗扭臂固定；两个抗扭矩油缸同向并列布置，其中一个抗扭矩油缸的出油口与另一个抗扭矩油缸的进油口连通，其中一个抗扭矩油缸的进油口与另一个抗扭矩油缸的出油口连通，两条抗扭矩油缸与主机泵站分别通过单向阀连通。抗扭矩油缸具有伸出或缩进结构，即抗扭矩油缸能处于伸出或缩进状态。

在掘进机掘进过程中刀盘旋转，岩石会对刀盘施加反向扭矩，该扭矩传递到掘进机前盾上，使前盾有与刀盘反向旋转的趋势。前抗扭臂与前盾相连接，使得此反向扭矩传递到前抗扭臂上，而前抗扭臂与抗扭矩油缸销轴连接，从而使得这种反向旋转的趋势对两条抗扭矩油缸施加了力偶矩，反映到油缸杆上是两个方向相反，大小相等的力。当抗扭矩缸31的油缸杆受拉时，抗扭矩缸32的油缸杆受压。但是由于抗扭矩缸31油缸的出油口连通到了抗扭矩缸32油缸的进油口，抗扭矩缸31油缸的进油口连通到了抗扭矩缸32油缸的出油口，使得所述两条抗扭矩缸31、32油缸形成互锁，油缸杆会稳定在一个固定的位置无法伸出或缩回，恰好可以抵抗盾体旋转的趋势从而起到抗扭的作用。

然而实际施工过程中，液压缸的油会随使用时间的延长有一定的泄露，导致其抵抗盾体旋转扭矩的作用逐渐减弱，盾体会产生缓慢的旋转。此时通过激光导向装置可以实时监测盾体的旋转角度，当旋转角度达到预定角度，例如旋转角为3°时，两条抗扭矩油缸与主机泵站之间的单向阀打开，通过主机泵站的调节，使两条抗扭矩油缸工作，形成力偶矩，将盾体逆向旋转至初始状态，从而实现掘进机的平稳掘进。

4结论

文中提及的包含前盾，前抗扭臂，抗扭矩缸，后抗扭臂，支撑盾，主机泵站以及激光导向装置的掘进机抗扭矩装置，结构简单，既可配合刀盘掘进，又可平衡掘进产生的扭矩，解决了现有技术中的掘进机掘进过程中刀盘产生的扭矩导致前盾产生轴心方向旋转趋势进而危害设备问题，极大地提高了设备的利用率，减小掘进施工安全隐患，使掘进效率有了明显的提升。

参考文献

[1]白云，丁志诚.隧道掘进机施工技术[M].中国建筑工业出版社，2008.

endprint

摘要文章通过对掘进机及其抗扭矩装置的结构和施工功法的介绍，阐述了如何使用掘进机抗扭矩装置来平衡掘进机在掘进过程中产生的危害设备并影响施工安全的扭矩，从而使掘进机能过安全快速的完成隧道的施工建设。

关键词硬岩掘进机；前盾；抗扭臂；抗扭矩缸；支撑盾；泵站

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0169-02

全断面硬岩掘进机是融合机、电、液压技术为一体的大型掘进装备，被广泛地应用于硬岩地质的各种隧道施工建设工程中，尤其对于大型长距离隧道工程，由于工程长、大、深隧洞的特点，使得传统的钻爆法难以适应工程建设需要，而采用掘进机施工具有快速、优质、安全、经济、环保等突出优点。掘进机在掘进过程中会产生危害设备及施工安全的扭矩，目前用来平衡该扭矩的原理及方法有多种，本文着重介绍如何通过抗扭矩装置来解决掘进过程中产生的扭矩问题。

1硬岩掘进机抗扭矩装置简介

如图1所示，硬岩掘进机抗扭矩装置主要由以下部件组成：前盾，前抗扭臂，抗扭矩缸，后抗扭臂，支撑盾，主机泵站以及激光导向装置。其中，前盾与前抗扭臂相连接，抗扭矩油缸的一端与前抗扭臂枢纽连接，抗扭矩油缸的另一端与后抗扭臂枢纽连接，后抗扭臂与支撑盾相连接，主机泵站为所述抗扭矩油缸提供动力，激光导向装置可检测前盾的旋转角度。

1-前盾；2-前抗扭臂；3-抗扭矩油缸；4-后抗扭臂；

5-支撑盾；6-主机泵站；7-激光导向装置

图1

2抗扭矩装置中抗扭矩油缸工作原理

两个抗扭矩油缸同向并列布置，其中一个抗扭矩油缸的出油口与另一个抗扭矩油缸的进油口连通，其中一个抗扭矩油缸的进油口与另一个抗扭矩油缸的出油口连通，两条抗扭矩油缸与主机泵站分别通过单向阀连通。抗扭矩油缸具有伸出或缩进结构，即抗扭矩油缸能处于伸出或缩进状态。通过抗扭矩油缸的伸缩配合前盾运动，进而配合刀盘轴向掘进并平衡刀盘掘进过程中产生的扭矩，从而实现掘进机的平稳掘进。

掘进机抗扭矩装置的抗扭矩油缸的结构示意图如图2所示。

图2

抗扭矩装置中的两条抗扭矩缸31、32同向并列布置，抗扭矩缸31的油缸出油口与抗扭矩缸32的油缸进油口连通，抗扭矩缸31的油缸进油口与抗扭矩缸32的油缸出油口连通。当掘进机正常掘进时，两条抗扭矩油缸31、32的油缸与主机泵站61、62的液压油分别通过单向阀阻断，完全从动。前盾向前推进时，固接于前盾的前抗扭臂将两条抗扭矩油缸31、32的油缸活塞杆拉出。同理，支撑盾向前步进时，固接于支撑盾的后抗扭臂将两条抗扭矩缸31、32活塞杆压入。

3硬岩掘进机抗扭矩装置工作原理

本文提及的抗扭矩装置中：前盾为中心为空的圆盘形状，在盘上开设有一个或多个固定孔，用于与前抗扭臂固定；抗扭臂为一端小另一端大的臂状，在抗扭臂一端开设有一个或多个固定孔，用于与前抗扭臂或后抗扭臂固定连接，抗扭臂另一端开叉，并在两个叉上设有连接孔，通过该开叉结构和连接孔，抗扭臂与抗扭矩油缸枢纽连接；支撑盾为中心为空的圆盘形状，在盘上开设有一个或多个固定孔，用于与后抗扭臂固定；两个抗扭矩油缸同向并列布置，其中一个抗扭矩油缸的出油口与另一个抗扭矩油缸的进油口连通，其中一个抗扭矩油缸的进油口与另一个抗扭矩油缸的出油口连通，两条抗扭矩油缸与主机泵站分别通过单向阀连通。抗扭矩油缸具有伸出或缩进结构，即抗扭矩油缸能处于伸出或缩进状态。

在掘进机掘进过程中刀盘旋转，岩石会对刀盘施加反向扭矩，该扭矩传递到掘进机前盾上，使前盾有与刀盘反向旋转的趋势。前抗扭臂与前盾相连接，使得此反向扭矩传递到前抗扭臂上，而前抗扭臂与抗扭矩油缸销轴连接，从而使得这种反向旋转的趋势对两条抗扭矩油缸施加了力偶矩，反映到油缸杆上是两个方向相反，大小相等的力。当抗扭矩缸31的油缸杆受拉时，抗扭矩缸32的油缸杆受压。但是由于抗扭矩缸31油缸的出油口连通到了抗扭矩缸32油缸的进油口，抗扭矩缸31油缸的进油口连通到了抗扭矩缸32油缸的出油口，使得所述两条抗扭矩缸31、32油缸形成互锁，油缸杆会稳定在一个固定的位置无法伸出或缩回，恰好可以抵抗盾体旋转的趋势从而起到抗扭的作用。

然而实际施工过程中，液压缸的油会随使用时间的延长有一定的泄露，导致其抵抗盾体旋转扭矩的作用逐渐减弱，盾体会产生缓慢的旋转。此时通过激光导向装置可以实时监测盾体的旋转角度，当旋转角度达到预定角度，例如旋转角为3°时，两条抗扭矩油缸与主机泵站之间的单向阀打开，通过主机泵站的调节，使两条抗扭矩油缸工作，形成力偶矩，将盾体逆向旋转至初始状态，从而实现掘进机的平稳掘进。

4结论

文中提及的包含前盾，前抗扭臂，抗扭矩缸，后抗扭臂，支撑盾，主机泵站以及激光导向装置的掘进机抗扭矩装置，结构简单，既可配合刀盘掘进，又可平衡掘进产生的扭矩，解决了现有技术中的掘进机掘进过程中刀盘产生的扭矩导致前盾产生轴心方向旋转趋势进而危害设备问题，极大地提高了设备的利用率，减小掘进施工安全隐患，使掘进效率有了明显的提升。

参考文献

[1]白云，丁志诚.隧道掘进机施工技术[M].中国建筑工业出版社，2008.

endprint