山東變頻器分享施耐德ATV71變頻器在盾構(gòu)機刀盤驅(qū)動中的應(yīng)用
一．引言 盾構(gòu)機，全名叫盾構(gòu)隧道掘進機，是一種隧道掘進的專用工程機械，現(xiàn)代盾構(gòu)掘進機集光、機、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等功能，盾構(gòu)掘進機已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。 用盾構(gòu)機進行隧洞施工具有自動化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面沉降、減少對地面建筑物的影響和在水下開挖時不影響水面交通等特點，在隧洞洞線較長、埋深較大的情況下，用盾構(gòu)機施工更為經(jīng)濟合理。 盾構(gòu)機的基本工作原理就是一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時文撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時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)在護盾的掩護下進行。 盾構(gòu)機的掘進過程大致如下：刀盤旋轉(zhuǎn)，同時開啟盾構(gòu)機推進油缸，將盾構(gòu)機向前推進，隨著推進油缸的向前推進，刀盤持續(xù)旋轉(zhuǎn)，被切削下來的碴土充滿泥土倉，此時開動輸送機構(gòu)將切削下來的渣土排送至地面。 傳統(tǒng)的盾構(gòu)機刀盤是由液壓驅(qū)動的，近幾年出現(xiàn)了由變頻器控制三相交流異步電機驅(qū)動的刀盤。顯然，與液壓驅(qū)動相比，電機驅(qū)動具有機械設(shè)計簡單、安裝維護容易、控制靈活方便、成本低廉等諸多優(yōu)點。因此，電驅(qū)動在盾構(gòu)應(yīng)用中有著廣闊的前景。
二．盾構(gòu)機刀盤驅(qū)動的控制要求 電驅(qū)動的刀盤通常由6～22個電機經(jīng)過各自的減速箱與一個差不多和刀盤等直徑的大齒輪嚙合來驅(qū)動整個刀盤驅(qū)動。因此從驅(qū)動的角度看，這是一個多電機驅(qū)動同一負載的應(yīng)用，需要負載平衡控制，即讓負載均勻地分布到所有電機上，否則部分電機將會過載，因為機械設(shè)計時考慮的總功率是多個電機功率之和。與其他需要負載平衡控制的應(yīng)用相比，刀盤驅(qū)動的特殊性在于： 第一，電機的數(shù)量較多。許多應(yīng)用中的負載是在2個電機或4個電機之間平衡的，如起重、煉鋼轉(zhuǎn)爐等。而刀盤的驅(qū)動要求負載在6～22個電機之間平衡。 第二，機械傳動機構(gòu)復(fù)雜，傳動比非常大。所以，雖然總體上來說多個電機與刀盤之間屬于剛性連接，但其實每個傳動點的齒隙等參數(shù)很難達到一致，這些差別在設(shè)計負載平衡控制時必須充分考慮到。 同時，刀盤的體積龐大，掘進中負載變化不可預(yù)知。由于減速機構(gòu)復(fù)雜且減速比大，刀盤處負載和速度的微小波動都會在電機側(cè)被成百上千倍地放大，這種大幅度的波動有可能會造成傳動機構(gòu)的損壞。為此，在刀盤驅(qū)動控制中，應(yīng)盡量采取辦法避免波動。 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與散熱問題。
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