盾构机扭矩变化分析
第一部分：综述
盾构机刀盘驱动系统是一个闭式油路，由变量泵带动变量马达的容积调速系统。由增压泵JZ1000对闭式油路进行补油，以补偿液压泵与液压马达的泄露损失，并维持系统油路的背压。为了分析方便，忽略管路阀门等的损耗，将刀盘、减速箱等的摩擦力均认为是外负载，简化其系统为一液压泵带动一液压马达驱动外负载。简略示意图如下： 泵为变量泵，设其每弧度排量为V变压器骨架泵min到V泵max，马达为变量马达，设其每弧度排量为V马min到V马max，在理想状态下，液压油为不可压缩介质，因压力变化引发的泄露量变化也忽略不计，则根据能量守恒可以得出
T=P*V马
q=n*V马/(2π)
W=P马四甲基环丁烷*q
上式中，T为负载扭矩，q为管路中流量，W为系统功率
下面分析盾构机刀盘从启动到转速达到稳定（此时转速小于1.15转），从稳定转速达到1.15转，再从1.15转到更高稳定转速，最后到3.75转的系统状态。
1.刚启动时
此时操作面板上刀盘驱动系统流量设定为一定值，即液压泵排量为定值，负载转矩为刀盘及土仓的静转矩，由T=P*V马可知，此时系统压力由20bar逐渐升至克服刀盘及土仓负载所需的压力，即压力上升，当系统压力上升到足以克服启动转矩的值时，刀盘开始转动。
刀盘开始转动以后，由于刀盘的转动惯性转矩，总的负载转矩变小，压力开始下降，直至达到系统的平衡状态所需的压力。
2.增加流量，调节刀盘转速到0-1.15之间的一稳定值
此时增加流量是由于液压泵排量变大，使得整个系统流量变大，由于此时未加推力，系统的总负载转矩不变，由q=n*V马/(2π)可知，刀盘转速增加，系统压力不变。
3.增加推力
高斯加速器
由摩擦力的一般原理可知，增加推力之后，刀盘的转动阻力增大，即总的负载扭矩增加，从T=P*V马可知，系统压力随总的负载扭矩而增加。在理论上，由于泵与马达的泄露量不变，转速不会改变，但是实际上，由于压力增大及油温升高，泵与马达的泄漏量会有所增加，导致实际转速有所下降
聚磷酸铵阻燃剂4.操作室旋钮达到转速1.15的设定值
此时液压泵的达到最大设计流量，马达排量也在最大，此时转速稳定在1.15，但是考虑到
因压力及油温升高对泄漏量的影响，实际转速会稍低于1.15转。当推力不变时，认为负载扭矩不变，则系统的功率达到最大值。
5.转速高于1.15时
此时系统开始调节马达的排量减小，以达到提高转速的目的，对于马达来说，由于泵的流量不变，当压力不变时，马达的输出扭矩与马达的排量成正比，马达功率不变，即为恒功率调速。
uvlo电路
盾构机刀盘驱动系统总的调速状态曲线如下图所示：
该曲线覆盖下的区域均为盾构机的稳定运行区域
第三部分：盾构机刀盘驱动系统在不同调速段的稳态分析
1.在恒扭矩段
实际负载扭矩不应超出最大扭矩值，否则视为过载。当实际负载小于最大扭矩值时，系统会自动调节压力以适应负载变化，由于流量不会改变，马达转速也不会改变。即恒扭矩曲线覆盖下的点均为稳态运行点。
股骨头仪2.在恒功率段
当盾构机在稳态点A运行时，假设负载扭矩从T1突变到T2，由于转速不能突变，油压将急剧上升，以满足负载需求，由于油压的急剧升高，将导致电机的负载增大，超过额定负载，电机转速降低，液压泵流量减小，进而影响马达转速降低，在操作室显示的就是刀盘油压升高，转速在调高之后又自动降低，此时系统在过载状态运行，为不稳定状态，当油压超过最高油压或系统过载时间过长时，会跳停。所以应该注意刀盘油压，当油压升高时，应相应的调小转速，以防止系统过载。
第四部分：对负载扭矩的探讨
盾构机的负载扭矩主要由刀盘的转动惯性、土层对刀盘产生的阻力构成，其中刀盘的转动惯性无法改变。土层对刀盘的阻力主要受刀盘对土层的正面压力（包括推力与土仓压力，推力主要作用于刀盘接触面，土仓压力主要作用于刀盘开口面）、土层的粘结度及硬度、刀具的进尺深度等影响。要想减小土层对刀盘的阻力，应该合理的控制盾构机推力及土仓压力，并尽量改变土层的土质。
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