一．引言

盾構(gòu)機(jī)，全名叫盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)，是一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械，現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開(kāi)挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測(cè)量導(dǎo)向糾偏等功能，盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。

用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧洞施工具有自動(dòng)化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開(kāi)挖時(shí)可控制地面沉降、減少對(duì)地面建筑物的影響和在水下開(kāi)挖時(shí)不影響水面交通等特點(diǎn)，在隧洞洞線較長(zhǎng)、埋深較大的情況下，用盾構(gòu)機(jī)施工更為經(jīng)濟(jì)合理。

盾構(gòu)機(jī)的基本工作原理就是一個(gè)圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進(jìn)邊對(duì)土壤進(jìn)行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護(hù)盾，它對(duì)挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時(shí)文撐的作用，承受周?chē)�土層的壓��，有時(shí)還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業(yè)在護(hù)盾的掩護(hù)下進(jìn)行。

盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)過(guò)程大致如下：刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)開(kāi)啟盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸，將盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)，隨著推進(jìn)油缸的向前推進(jìn)，刀盤(pán)持續(xù)旋轉(zhuǎn)，被切削下來(lái)的碴土充滿泥土倉(cāng)，此時(shí)開(kāi)動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)將切削下來(lái)的渣土排送至地面。

傳統(tǒng)的盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)是由液壓驅(qū)動(dòng)的，近幾年出現(xiàn)了由變頻器控制三相交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的刀盤(pán)。顯然，與液壓驅(qū)動(dòng)相比，電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)容易、控制靈活方便、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，電驅(qū)動(dòng)在盾構(gòu)應(yīng)用中有著廣闊的前景。

二．盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)的控制要求

電驅(qū)動(dòng)的刀盤(pán)通常由6～22個(gè)電機(jī)經(jīng)過(guò)各自的減速箱與一個(gè)差不多和刀盤(pán)等直徑的大齒輪嚙合來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)。因此從驅(qū)動(dòng)的角度看，這是一個(gè)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載的應(yīng)用，需要負(fù)載平衡控制，即讓負(fù)載均勻地分布到所有電機(jī)上，否則部分電機(jī)將會(huì)過(guò)載，因?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)考慮的總功率是多個(gè)電機(jī)功率之和。與其他需要負(fù)載平衡控制的應(yīng)用相比，刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)的特殊性在于：

第一，電機(jī)的數(shù)量較多。許多應(yīng)用中的負(fù)載是在2個(gè)電機(jī)或4個(gè)電機(jī)之間平衡的，如起重、煉鋼轉(zhuǎn)爐等。而刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)要求負(fù)載在6～22個(gè)電機(jī)之間平衡。

第二，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)比非常大。所以，雖然總體上來(lái)說(shuō)多個(gè)電機(jī)與刀盤(pán)之間屬于剛性連接，但其實(shí)每個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)的齒隙等參數(shù)很難達(dá)到一致，這些差別在設(shè)計(jì)負(fù)載平衡控制時(shí)必須充分考慮到。

同時(shí)，刀盤(pán)的體積龐大，掘進(jìn)中負(fù)載變化不可預(yù)知。由于減速機(jī)構(gòu)復(fù)雜且減速比大，刀盤(pán)處負(fù)載和速度的微小波動(dòng)都會(huì)在電機(jī)側(cè)被成百上千倍地放大，這種大幅度的波動(dòng)有可能會(huì)造成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損壞。為此，在刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)控制中，應(yīng)盡量采取辦法避免波動(dòng)。

盾構(gòu)施工的環(huán)境一般都比較惡劣，高溫、高濕、多塵在所難免，因此必須考慮到變頻器的防護(hù)與散熱問(wèn)題。