关于盾构机配套45t机车改造的讨论

康晓亮

（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，福建 厦门 361600）

1 改造的经济性分析

盾构施工中，45t机车作为城市地铁主流的直径6.4m盾构机的配套设备，在市场中应用普遍，早期45t机车基本采用铅酸蓄电池作为电机电源，铅酸电池的寿命基本上为2～3年，随着电池的老化，将使机车的牵引力受到影响，放电时间大大缩短，使机车的有效工作时间大大减少，同时，也增加了更换电池的时间，所以，对铅酸蓄电池进行改造可有效解决这类问题。

表1 蓄电池机车与锂电池机车性能对比表

从表1可知，锂电池在场地、人员配置、电池维护等方面均可比铅酸蓄电池减少投入，同时，在充电效率、使用寿命等方面的性能比铅酸电池有较大的提升，因此，锂电池整体性能比蓄电池高。

表2 蓄电池与锂电池经济性对比表

从表2可知，锂电池在前期投入中比铅酸电池高，但从使用周期及后期维护成本上考虑，锂电池的性价比比铅酸电池高。

2 改造的方式讨论

2.1 45t机车由铅酸蓄电池改造为锂电池

将铅酸蓄电池改造为锂电池主要是电池供电方式上的改造，基本不涉及电气系统及行走系统的改变，因此，只需考虑电池重量上的变化。普通铅酸电池的重量一般为3.4吨/箱（加满电瓶液），铅酸电池3箱为一组，总重量约为10.2吨，锂电池的重量一般为4吨，因此，只需增加约6.2吨的配重，即可满足锂电池作为主电源的改造要求。锂电池在安装完成后，无须进行吊装分离充电，因此，安装固定后即可将电源正负极与机车的连接接头进行固定，同时，将电池的充电接口设置好，便于充电即可。

2.2 将45t机车改造为55t锂电池机车

随着现在地铁建设范围的的扩大，隧道埋深加大，大坡道的隧道经常出现，45t机车牵引力在大坡道上会略显不足，特别是当盾构机在硬岩地层掘进时，由渣土密度的变化，受机车牵引力的限制，渣土斗的运输能力只能利用一半，降低掘进效率，同时，存在一定的安全隐患。投入更大吨位的机车，不仅经济成本高，而且生产周期较长，如能利用现有的45t机车进行改造，使其牵引力提升，既可以节约成本，又可以减少对工期的影响。

理论上，改造可维持原45t机车的电气系统、制动系统、主体结构系统现状不动，但需对减速行走机构进行改造，主要采用减速走行机构整体更换升级的方式，同时，增加活动配重（一般增加10t）并做轴重调整，将其改造成在牵引重量上可媲美新制55T的牵引机车，但这一改造会牺牲一小部分机车的速度，根据这一变化，在变频器方面做相应的调整，以弥补牺牲的速度，使得改造后的车辆在速度上损失微小的一部分就能够达到55T机车的牵引力。45t机车的传动比是12.98，正常新55t机车的传动比是11.79，因此，需对减速机构进行整体更换，再适当地做减速走行机构相关配件的调整和更换，方能满足55t机车的牵引输送要求，改造涉及的锂电池应采用55t机车用的锂电池，同时，根据现场实际情况确定车辆的现状，确定改造不涉及的配件是否发生老化磨损，能否继续使用。

55t机车的锂电池规格为537.6V/580Ah，市场价约80万元，进行改造的费用约40万元（含减速机），整体改造费用为120万元，而新55t机车的造价一般为230万元（含锂电池），因此，利用45t机车改造可节省约110万元。

3 改造后55t机车运输能力验算

当机车在牵引后配套车辆出渣时编组重量最大，即渣土车满载，砂浆车空载，管片车空载状态。6台18立方的渣土车+2台15t管片车（空载）+1台8立方砂浆车（空载）=6×(9.5 ＋ 18×2t/m3）+2×2+6=283t。

当机车在牵引后配套车辆掘进上坡时，最大牵引重量为283t。

改造后机车牵引力计算：

3.1 改造后55t机车在28‰的坡道牵引吨位计算

55t机车起动牵引吨位计算

Gg=(Fg-P(Wg′ +ig))/(Wg″ +ig)

黏着牵引力Fg=μ×P=0.26×55×9.8=140140N

μ：机车黏着系数0.26

P：机车黏重55×9.8=539KN

wg′：机车单位起动阻力5N/KN（根据机车《牵规》取值）

ig：坡道阻力系数28‰

Wg"：坡道上车辆单位阻力=12N/kN

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

根据公式计算：55t机车在28‰的坡道上起动牵引吨位为312t。

3.2 改造后55t机车在24.5‰的坡道牵引吨位计算

黏着系数取0.26。

55t机车起动牵引吨位计算

Gg=(Fg-P(Wg′ +ig) )/(Wg″ + ig)

黏着牵引力Fg=μ×P=0.26×55×9.8=140140N

μ：机车黏着系数0.26

P：机车黏重55×9.8=539KN

Wg′：机车单位起动阻力5N/KN（根据机车《.牵规》取值）

ig：坡道阻力系数24.5%。

Wg″：坡道上车辆单位阻力=12N/kN

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

根据公式计算：55t机车在24.5%的坡道上起动牵引吨位为347t。

综上所述：55t机车在24.5‰的坡道上起动牵引吨位为347t＞283t满足要求。55t机车在28‰的坡道上起动牵引吨位为312t＞283t满足要求。

4 结语

机车作为盾构机施工必不可少的配套设备，在施工中占据着重要位置，随着技术的发展，将铅酸蓄电池机车改造为锂电池机车，可大大节约电池后期的维护及更换成本，在经济及技术上是可行的，但同时也应注意到，锂电池在使用过程中因不需将其吊出充电，因此，对机车传动系统、减速机的检查便无法经常进行，需针对此项工作定期进行并记录，保证传动系统的安全。

总之，无论是将铅酸蓄电池改造为锂电池或是将45t机车改造为55t锂电池机车，在经济效益上是显著的，在技术保障上是可行的。