新型盾构连续水平皮带机的设计与优化

引言

伴随着城市化进程不断加快，隧道工程对基础设施建设发挥着日益重要的作用。盾构法是隧道施工中的一种主要手段，施工效率与安全性对工程进度与质量有着直接的影响。连续水平皮带机是盾构机中承担渣土连续运输任务的一个重要部件，它的性能好坏直接关系到施工全过程效率。

一、连续水平皮带机在盾构施工中的重要性

连续水平皮带机是盾构施工过程中最重要的装备之一，具有至关重要的作用。其核心职责是确保在盾构机挖掘过程中生成的土方和其他废物能够持续且稳定地被输送到地面，从而保障盾构作业能够顺利完成。皮带机系统运行的稳定性，可靠性和高效性，直接关系着盾构整体施工进度和施工质量。由于盾构机工作于地下深处，所处施工环境比较复杂，常规土方运输方式通常不能满足高效的施工要求 [1]。但连续水平皮带机以适应性强、连续性好等特点极大提高土方输送效率、降低人力物力投入。皮带机通过准确的土方运输在保证施工现场整洁的前提下，有效地避免人工运输所产生的各种不安全因素。另外皮带机高效运行减少施工期间停机时间，提高整体施工效率。

二、新型盾构连续水平皮带机的设计

（一）总体设计方案

新型盾构连续水平皮带机设计方案是为了增强适应性，稳定性和操作效率。一是皮带机总体布置要合理规划并充分考虑地下施工空间约束，设计紧凑、效率高。在传输系统设计中，使用了高强度耐磨输送带以保证高负载高磨损环境中仍然能够稳定工作。二是针对施工环境复杂多变，皮带机传输带要有较好的调节能力来适应各种工作场景及土方类型。该装置驱动系统由高效能电机驱动，配有智能调节装置可根据负载情况对功率进行自动调整，确保能源消耗合理。另外，在设计时还要兼顾设备可维护性和易操作性等特点，以简化日常检修流程，提升设备工作周期和生产效率。连续水平皮带机高度自动化水平也应在设计时予以考虑。比如可通过皮带机系统和盾构机操作系统联动来实现自动化控制、减少人为干预、提升施工效率和安全性。

（二）关键部件设计

新型盾构连续水平皮带机关键部件的设计非常关键，这些关键部件直接决定着设备运行的稳定性和寿命。首先，输送带设计属于核心部件。考虑到盾构施工过程土方特性发生改变，输送带选用高强度抗磨损材料并进行专门防滑处理，保证其在各种工作环境下都有较好的承载能力及适应性。同时输送带张力调节装置精密设计，可根据土方重量和输送速度精准调节，稳定输送过程。其次，驱动系统设计同样是重点之一。电动机选型要兼顾功率，效率和环境适应性等。新皮带机使用高效能交流电机和变频器，实现自动化调节。该驱动装置传动系统设计为精密齿轮传动或者链条传动，保证了动力传递的高效化与顺畅性，同时避免了能量损失与振动。另外支撑结构的设计是非常关键的。皮带机支撑架由高强度钢材制成，抗压能力和耐腐蚀性好。支撑架设计在确保皮带机运行稳定的前提下，还应尽量降低装置整体重量以降低能源消耗。

（三）智能化控制系统设计

新型盾构连续水平皮带机智能化控制系统，是增强设备性能，提高施工效率的关键。系统要具有高效自动化调控功能、能对设备各运行指标进行实时监控、能对工作参数进行自动调节、能保证皮带机系统一直保持在最佳运行状态。智能化控制系统主要由传感器模块，中央控制单元以及反馈机制组成 [2]。通过装在皮带机各个关键部件中的传感器可以对输送带张力，速度和负荷进行实时监控，并且把这些数据传送给中央控制单元。中央控制单元采用先进算法进行数据分析，根据实时数据反馈对驱动系统，输送速度等有关运行进行调节。为保证系统高效、稳定地运行，控制系统要具有自我学习和优化功能。通过累积历史数据，该系统能够自主学习并预测未来工作情况，以实现各参数设定的自动优化和装置长期工作效率的提升。

三、新型盾构连续水平皮带机的优化

（一）性能优化

优化新型盾构连续水平皮带机性能，是促进其工作效率与可靠性提高的关键环节。一是根据盾构施工过程土方特性变化，对输送带进行优化设计，使用可调高强度复合材料使之具有更强的抗拉伸抗磨损性能。根据土方密度、湿度等因素的改变，可对输送带的材料、结构进行动态调节，以保证其在各种条件下均可稳定运行。二是驱动系统中，对电机功率和效率进行优化，使动力传递效果最优。通过使用更加先进的电机技术以及变频器、智能调节系统等设备，使皮带机运行速度和负载能够根据实际状况进行准确调节，降低了不必要的能量消耗，提高了能源利用效率。三是对皮带机支撑结构进行了优化设计，使用了较轻和较高强度的物料，不仅可以减轻装置的重量和减少能源的消耗，还可以保证装置在长时间运行时的稳定性。

（二）经济性优化

新型盾构连续式水平皮带机经济性优化重点在于如何减少设备生产，维修和运行费用。首先，通过设计阶段合理选用高性价比材料降低生产成本。本实用新型通过使用可重复利用耐磨材料及节能驱动系统在提高设备使用寿命的同时也减少后期维修及更换次数，进而降低长期运行成本。其次，通过采用智能化控制系统，大大提高自动化程度，降低人工操作成本。该智能化系统可对设备状况进行实时检测，对可能发生的问题进行预测，从而避免人为操作失误而造成故障及损失，更进一步减少维护成本。另外，皮带机采用模块化设计，使检修过程更简单快捷，缩短停机时间，进而降低施工时间费用。

（三）环保性优化

新型盾构连续式水平皮带机环保性优化，主要表现为减少施工时对周围环境造成的影响。一是设备选材时，应优先选择环保和可回收材料以降低自然资源消耗 [3]。皮带机在设计时强调物料的环保，尽量避免使用有害于环境的材料，从而保证在制造及使用时不污染周边环境。二是优化了装置运行时电力消耗减少了能源浪费。该智能控制系统能够根据负载情况对皮带机工作参数进行智能调整，以提高能源使用效率和降低能源消耗造成的环境影响。另外还优化了皮带机噪声及振动控制，并通过隔音、减振等技术的应用，减少了设备在工作时对周边环境造成的噪声污染，环保性进一步提高。

结束语

总之，新型盾构连续式水平皮带机设计优化后，盾构施工过程中设备效率及稳定性得到提升，同时运营成本及环境污染显著下降。通过智能化控制系统的引进及先进材料与工艺的应用，使新型皮带机的性能，经济性及环保性都上了一个新台阶。未来，随着技术的不断进步和应用的深入，新型盾构连续水平皮带机将在隧道施工中发挥更加重要的作用，为城市基础设施建设提供更加高效、可靠和可持续的解决方案。

参考文献

[1] 许松 ， 刘灿平 ， 苑鹏飞 ， 王琦 . 水平 + 垂直连续皮带机在长距离大埋深盾构施工中的应用 [J]. 中国高新科技 ， 2024， （20）： 124-127.

[2] 雷震宇， 陈正杰， 任冬生， 李家晨. 盾构接收新型止水装置水密试验研究 [J]. 隧道与轨道交通 ， 2024， （01）： 1 9 - 2 3 + 8 0 .

[3] 冯小磊 ， 孙晨忱 . 新型盾构机刀盘刀具定位装置设计 [J].矿山机械 ， 2023， 51 （05）： 57-59.