關于盾構機配套45t機車改造的討論

康曉亮

（中交第三航務工程局有限公司廈門分公司，福建 廈門 361600）

1 改造的經濟性分析

盾構施工中，45t機車作為城市地鐵主流的直徑6.4m盾構機的配套設備，在市場中應用普遍，早期45t機車基本采用鉛酸蓄電池作為電機電源，鉛酸電池的壽命基本上為2～3年，隨著電池的老化，將使機車的牽引力受到影響，放電時間大大縮短，使機車的有效工作時間大大減少，同時，也增加了更換電池的時間，所以，對鉛酸蓄電池進行改造可有效解決這類問題。

表1 蓄電池機車與鋰電池機車性能對比表

從表1可知，鋰電池在場地、人員配置、電池維護等方面均可比鉛酸蓄電池減少投入，同時，在充電效率、使用壽命等方面的性能比鉛酸電池有較大的提升，因此，鋰電池整體性能比蓄電池高。

表2 蓄電池與鋰電池經濟性對比表

從表2可知，鋰電池在前期投入中比鉛酸電池高，但從使用周期及后期維護成本上考慮，鋰電池的性價比比鉛酸電池高。

2 改造的方式討論

2.1 45t機車由鉛酸蓄電池改造為鋰電池

將鉛酸蓄電池改造為鋰電池主要是電池供電方式上的改造，基本不涉及電氣系統及行走系統的改變，因此，只需考慮電池重量上的變化。普通鉛酸電池的重量一般為3.4噸/箱（加滿電瓶液），鉛酸電池3箱為一組，總重量約為10.2噸，鋰電池的重量一般為4噸，因此，只需增加約6.2噸的配重，即可滿足鋰電池作為主電源的改造要求。鋰電池在安裝完成后，無須進行吊裝分離充電，因此，安裝固定后即可將電源正負極與機車的連接接頭進行固定，同時，將電池的充電接口設置好，便于充電即可。

2.2 將45t機車改造為55t鋰電池機車

隨著現在地鐵建設范圍的的擴大，隧道埋深加大，大坡道的隧道經常出現，45t機車牽引力在大坡道上會略顯不足，特別是當盾構機在硬巖地層掘進時，由渣土密度的變化，受機車牽引力的限制，渣土斗的運輸能力只能利用一半，降低掘進效率，同時，存在一定的安全隱患。投入更大噸位的機車，不僅經濟成本高，而且生產周期較長，如能利用現有的45t機車進行改造，使其牽引力提升，既可以節約成本，又可以減少對工期的影響。

理論上，改造可維持原45t機車的電氣系統、制動系統、主體結構系統現狀不動，但需對減速行走機構進行改造，主要采用減速走行機構整體更換升級的方式，同時，增加活動配重（一般增加10t）并做軸重調整，將其改造成在牽引重量上可媲美新制55T的牽引機車，但這一改造會犧牲一小部分機車的速度，根據這一變化，在變頻器方面做相應的調整，以彌補犧牲的速度，使得改造后的車輛在速度上損失微小的一部分就能夠達到55T機車的牽引力。45t機車的傳動比是12.98，正常新55t機車的傳動比是11.79，因此，需對減速機構進行整體更換，再適當地做減速走行機構相關配件的調整和更換，方能滿足55t機車的牽引輸送要求，改造涉及的鋰電池應采用55t機車用的鋰電池，同時，根據現場實際情況確定車輛的現狀，確定改造不涉及的配件是否發生老化磨損，能否繼續使用。

55t機車的鋰電池規格為537.6V/580Ah，市場價約80萬元，進行改造的費用約40萬元（含減速機），整體改造費用為120萬元，而新55t機車的造價一般為230萬元（含鋰電池），因此，利用45t機車改造可節省約110萬元。

3 改造后55t機車運輸能力驗算

當機車在牽引后配套車輛出渣時編組重量最大，即渣土車滿載，砂漿車空載，管片車空載狀態。6臺18立方的渣土車+2臺15t管片車（空載）+1臺8立方砂漿車（空載）=6×(9.5 ＋ 18×2t/m3）+2×2+6=283t。

當機車在牽引后配套車輛掘進上坡時，最大牽引重量為283t。

改造后機車牽引力計算：

3.1 改造后55t機車在28‰的坡道牽引噸位計算

55t機車起動牽引噸位計算

Gg=(Fg-P(Wg′ +ig))/(Wg″ +ig)

黏著牽引力Fg=μ×P=0.26×55×9.8=140140N

μ：機車黏著系數0.26

P：機車黏重55×9.8=539KN

wg′：機車單位起動阻力5N/KN（根據機車《牽規》取值）

ig：坡道阻力系數28‰

Wg"：坡道上車輛單位阻力=12N/kN

Gg=[(140140-55×9.8×(5+28))/(12+28]/9.8=312t

根據公式計算：55t機車在28‰的坡道上起動牽引噸位為312t。

3.2 改造后55t機車在24.5‰的坡道牽引噸位計算

黏著系數取0.26。

55t機車起動牽引噸位計算

Gg=(Fg-P(Wg′ +ig) )/(Wg″ + ig)

黏著牽引力Fg=μ×P=0.26×55×9.8=140140N

μ：機車黏著系數0.26

P：機車黏重55×9.8=539KN

Wg′：機車單位起動阻力5N/KN（根據機車《.牽規》取值）

ig：坡道阻力系數24.5%。

Wg″：坡道上車輛單位阻力=12N/kN

Gg=[(140140-55×9.8×(5+24.5))/ (12+24.5)]/9.8=347t

根據公式計算：55t機車在24.5%的坡道上起動牽引噸位為347t。

綜上所述：55t機車在24.5‰的坡道上起動牽引噸位為347t＞283t滿足要求。55t機車在28‰的坡道上起動牽引噸位為312t＞283t滿足要求。

4 結語

機車作為盾構機施工必不可少的配套設備，在施工中占據著重要位置，隨著技術的發展，將鉛酸蓄電池機車改造為鋰電池機車，可大大節約電池后期的維護及更換成本，在經濟及技術上是可行的，但同時也應注意到，鋰電池在使用過程中因不需將其吊出充電，因此，對機車傳動系統、減速機的檢查便無法經常進行，需針對此項工作定期進行并記錄，保證傳動系統的安全。

總之，無論是將鉛酸蓄電池改造為鋰電池或是將45t機車改造為55t鋰電池機車，在經濟效益上是顯著的，在技術保障上是可行的。