一．引言

盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。

盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时文撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

盾构机的掘进过程大致如下：刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动输送机构将切削下来的渣土排送至地面。

传统的盾构机刀盘是由液压驱动的，近几年出现了由变频器控制三相交流异步电机驱动的刀盘。显然，与液压驱动相比，电机驱动具有机械设计简单、安装维护容易、控制灵活方便、成本低廉等诸多优点。因此，电驱动在盾构应用中有着广阔的前景。

二．盾构机刀盘驱动的控制要求

电驱动的刀盘通常由6～22个电机经过各自的减速箱与一个差不多和刀盘等直径的大齿轮啮合来驱动整个刀盘驱动。因此从驱动的角度看，这是一个多电机驱动同一负载的应用，需要负载平衡控制，即让负载均匀地分布到所有电机上，否则部分电机将会过载，因为机械设计时考虑的总功率是多个电机功率之和。与其他需要负载平衡控制的应用相比，刀盘驱动的特殊性在于：

第一，电机的数量较多。许多应用中的负载是在2个电机或4个电机之间平衡的，如起重、炼钢转炉等。而刀盘的驱动要求负载在6～22个电机之间平衡。

第二，机械传动机构复杂，传动比非常大。所以，虽然总体上来说多个电机与刀盘之间属于刚性连接，但其实每个传动点的齿隙等参数很难达到一致，这些差别在设计负载平衡控制时必须充分考虑到。

同时，刀盘的体积庞大，掘进中负载变化不可预知。由于减速机构复杂且减速比大，刀盘处负载和速度的微小波动都会在电机侧被成百上千倍地放大，这种大幅度的波动有可能会造成传动机构的损坏。为此，在刀盘驱动控制中，应尽量采取办法避免波动。

盾构施工的环境一般都比较恶劣，高温、高湿、多尘在所难免，因此必须考虑到变频器的防护与散热问题。