CN107448206B - 一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式tbm支撑装置 - Google Patents

Abstract

一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置，包括主支撑器（4）、副支撑器（6）和负载均衡器（5）。主支撑器、负载均衡器与副支撑器依次串联而成的混联式装置，其拓扑构型将随主支撑器与副支撑器的加载或卸载动作而改变。所述的双三足支撑器能并行工作，可实现双支撑器均载功能或按给定比例承载功能，以及垂直遂道掘进作业换步功能。所述的平衡器可兼做副推进器，可与主推进器一道交替完成推进工作，可实现全自动连续掘进作业。所述的支撑装置可适当避让有缺陷的支撑面，实现更加可靠的支撑。本发明适用于TBM遂道掘进或矿产采掘作业，尤其是适合于支撑面较软或其表面有缺陷的遂道，或垂直遂道的掘进作业。

Description

一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置

技术领域

本发明涉及一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置，属掘进机械技术领域。

背景技术

公知的TBM掘进装置通常只设一个支撑器，为达到额定总支撑力要求，需要增大单个撑靴与支撑面的接触面积。但其接触面积的增加，将使接触面的接触力分布趋向于更不均状态，难于达到预期效果。

公知的TBM掘进装置有的采用前后双支撑器结构，但两者间采用刚性连接方式，难于按需分配两支撑器间的所分担的掘进载荷。且其前后双支撑器间位置相对固定，无法避开有缺陷的支撑部位，以实施更安全可靠的支撑。

综上所述，公知的TBM掘进装置存在以下问题：一是有的撑靴少但接触面大，接触力分布不均。二是无法避开有缺陷的支撑部位，实行更安全可靠的支撑。三是双支撑器间所分担的掘进载荷难以按需分配。公知的TBM掘进装置尚不存在能有效避让有缺陷支撑部位，可实现负载均衡功能且可按需设定负载分担比例的支撑装置。

发明内容

本发明的目的是，为了解决现有TBM掘进装置存在的上述问题，提出一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置。

实现本发明的技术方案如下，一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置，包括主支撑器、副支撑器和负载均衡器；所述主支撑器、负载均衡器与副支撑器依次串联而成混联式装置，其拓扑构型随主支撑器与副支撑器的加载或卸载动作而改变。

所述主支撑器为三足并联装置，以主支撑器中心支架为固定平台，其三个主支撑腿可带动主撑靴作伸缩运动，并在主撑靴上留有与外部的推进器相连接的推进器关节支座；所述副支撑器为三足并联装置，以副支撑器中心支架为固定平台，其三个副支撑腿可带动副撑靴作伸缩运动；所述负载均衡器为六足并联装置，由六组液压缸组成，每组液压缸又由一至三个负载均衡缸组成，每个负载均衡缸可伸缩运动，其左侧与主支撑器用负载均衡缸左关节连接，其右侧与副支撑器用负载均衡缸右关节连接；所述的负载均衡缸左关节和负载均衡缸右关节为球形铰链或万向铰链连接；所述的推进器关节支座为球形铰或万向铰支座。

所述主支撑器包括主支撑器中心支架、主支撑腿,并在主支撑腿上设有推进器关节支座；所述副支撑器包括副支撑器中心支架、副支撑腿；所述的主支撑腿包括主支撑缸和主撑靴；所述主支撑器中心支架为六边形结构，角度相距120°的支架边上分别安装三个主支撑腿；外部推进缸与主支撑器将通过主撑靴上圆弧内侧的推进器关节支座相连接；所述副支撑器中心支架也为六边形结构，角度相距120°的支架边上分别安装三个副支撑腿；所述的副支撑腿包括副支撑缸和副撑靴；所述负载均衡器包括负载均衡缸总成、驱动模式重构阀和电磁铁；负载均衡缸总成包括负载均衡缸、负载均衡缸左关节、负载均衡缸右关节、负载均衡缸进油口和负载均衡缸回油口；

本发明将主撑靴与支撑面接触但不用力撑紧的状态定义为主支撑器就位状态；与支撑面接触且用力撑紧的状态定义为主支撑器支撑状态；主支撑腿缩回，使主撑靴部分或全部与支撑面脱离接触的状态定义为主支撑器复位状态；主支撑器由复位状态切换为就位状态的动作称为主支撑器就位，反之称为主支撑器复位；主支撑器由就位状态切换为支撑状态的动作称为主支撑器加载，反之称为主支撑器卸载；如若主支撑器处于支撑状态，则其为固定工作平台，否则其为活动工作平台；

本发明将副撑靴与支撑面接触但不用力撑紧的状态定义为副支撑器就位状态，与支撑面接触且用力撑紧的状态定义为副支撑器支撑状态，副支撑腿缩回，使副撑靴部分或全部与支撑面脱离接触的状态定义为副支撑器复位状态；副支撑器由复位状态切换为就位状态的动作称为副支撑器就位，反之称为副支撑器复位；副支撑器由就位状态切换为支撑状态的动作称为副支撑器加载，反之称为副支撑器卸载；如若副支撑器处于支撑状态，则其为固定工作平台，否则其为活动工作平台；

所述装置对缺陷支撑面的避让方法为：

先给定主支撑器的轴向位置，将其切换至支撑状态，将副支撑器切换至非支撑状态，并以主支撑器为固定平台，以副支撑器为活动平台，以负载均衡缸作为驱动件，构成六足并联装置，负载均衡缸伸出或缩回，可调节副支撑器的轴向位置，便可在一个行程范围内避开有缺陷的支撑面。

所述装置的负载均衡方法如下：

先给定主支撑器及副支撑器的轴向位置，将两者切换至并行支撑状态，主支撑器及副支撑器均固定不动，此时负载均衡缸不作宏观运动，但可加载或卸载，负载均衡缸推力大小即为副支撑器所分担的推进力大小，调节负载均衡缸推力大小，即可调节主支撑器与副支撑器各自分担的推进力大小；

每个负载均衡缸设置一个驱动模式重构阀，所述驱动模式重构阀由电磁铁驱动工作，为两位三通电磁阀，其进口端第一个接口连接负载均衡缸进油口和总进油口，其进口端第二个接口连接总回油口，其出口端连接负载均衡缸回油口；如若电磁铁得电，负载均衡缸回油口与负载均衡缸进油口连通，负载均衡缸将工作于差动驱动方式，其结构刚度将降低，将减小大突变载荷对副支撑器的不利影响；如若电磁铁失电，负载均衡缸回油口与负载均衡缸进油口断开，负载均衡缸将工作于双向驱动方式，其结构刚度将提高，将减小负载均衡缸变形带来的不利影响。

所述装置的负载均衡计算方法如下：

来自刀盘系统的掘进阻力，通过推进器传递至主支撑器，一部分被主支撑器的摩擦力所平衡，另一部分经负载均衡器传递至副支撑器，并被副支撑器的摩擦力所平衡；主支撑器和副支撑器的摩擦阻力各自平衡了部分掘进阻力，故而能起到均载作用；负载均衡缸的推力直接决定了副支撑器的负载大小，通过调节负载均衡缸的推力可直接精确调控副支撑器的负载，间接调节了主支撑器的负载；反之，亦然；所述负载均衡计算方法步骤为：

(1)设定计算载荷，假定推进器所需总推力为F_z，负载均衡器所需推力为F_p，此处应考虑外载荷的扭矩的作用及安全工作要求将其值适当放大，对于TBM支撑装置其放大系数为105％至110％，安全工作要求的安全系数按工程要求设定；

(2)决定支撑器极限工作能力，根据支撑面状况，决定主支撑器安全工作的最大支撑力Z_1max与副支撑器安全工作的最大支撑力Z_2max；以及主支撑器与支撑面的摩擦系数为f₁，副支撑器与支撑面的摩擦系数为f₂，主支撑器与副支撑器安全工作系数A；

(3)根据安全支撑的要求，给定掘进载荷的约束条件；主支撑器的支撑力Z₁及其最大支撑力Z_1max应满足：Z₁≤Z_1max；副支撑器的支撑力Z₂及其最大支撑力Z_2max应满足：Z₂≤Z_2max；主支撑器的有效负载P₁，应满足的最大静摩擦力条件：A×P₁≤f₁×Z₁；副支撑器的有效负载P₂，应满足的最大静摩擦力条件：A×P₂≤f₂×Z₂，而总的推力F₁应满足的平衡条件：F₁＝P₁+P₂；

(4)根据负载均衡要求，导出的最佳工作条件；定义负载比：λ₁＝P₁:(P₁+P₂)，λ₂＝P₂:(P₁+P₂)，则λ₁+λ₂＝1；考虑主支撑器、副支撑器的安全工作裕量，支撑力Z₂与Z₁的比值应为：Z₂:Z₁＝Z_2max:Z_1max；由此可得：最佳负载比 及最佳负载比 以及推力F₂与F₁的分配最佳比值为：

(5)给定所需推力F_z，计算所需的最小支撑力，计算方法为：

负载均衡器的推力：主支撑器负载P₁：P₁＝F_z-F_p，最小支撑力：Z_1min＝A×P₁/f₁；副支撑器负载：P₂＝F_p，最小支撑力：Z_2min＝A×P₂/f₂；在理想状态下，支撑面在两接触点处的摩擦系数相同，可取：f＝f₁＝f₂，且支撑面在两处许用的最大支撑力相同，可取：Z_max＝Z_1max＝Z_2max，得：F₂＝0.5F₁且Z_1min＝Z_2min＝0.5A×F_z/f，即：经负载均衡后，可使主支撑器与副支撑器均载，且所需的支撑力最小，负载均衡状态下负载均衡器推力F_p为总推力F_z的一半；

(6)给定最大支撑力Z_1max与Z_2max，计算许用的最大推力，计算方法为：推进器最大推力：F_zmax＝(f₁×Z_1max+f₂×Z_1max)/A；决定推进器的总推力：F_z≤F_zmax之后；负载均衡器的推力为：理想状态下，支撑面在两接触点处的摩擦系数相同，可取：f＝f₁＝f₂，且其支撑面在两处许用的最大支撑力相同，可取：Z_max＝Z_1max＝Z_2max，得：F_1max＝2f×Z_max/A，且F_p＝0.5F_z，即：经负载均衡后可使主支撑器与副支撑器均工作于极限载荷状态，且许用的推力F₁最大，负载均衡状态下负载均衡器的推力F_p为所需推力F_z的一半。

本发明的有益效果是，本发明提出了双三足支撑器与负载均衡器协调动作的混联式支撑装置的结构，及其自重构工作方法，使其具备拓扑构型自重构能力，并使装置具备多功能性。本发明还提出支撑装置负载均衡工作方案及负载均衡计算方法，使主支撑器和副支撑器的负载可按0％-100％的比例进行分担；本发明装置不仅能在一个行程范围内避让有缺陷的支撑面，负载均衡器还可兼做副推进器，使掘进器具备全自动掘进工作能力。

附图说明

图1是一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置的实施例1的机构拓扑结构的三维立体示意图；

图2是一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置的实施例2的机构拓扑结构的三维立体示意图；

图3是图1所述支撑装置应用实例；

图4是图2所述支撑装置应用实例；

图5是图1所述支撑装置应用实例；

图6是如图1所述支撑装置驱动方式重构的液压原理图；

图中，1是刀盘系统；2是支承环；3是推进器；4是主支撑器；5是负载均衡器；6是副支撑器；3C是主推进缸；3L是推进缸左关节；3R是推进缸右关节；40是主支撑器中心支架；4L是主支撑腿；4G是主撑靴；4H是推进器关节支座；5C是负载均衡缸；5L是负载均衡缸左关节；5R是负载均衡缸右关节；5F是驱动模式重构阀；5DT是电磁铁；5P是负载均衡缸进油口；5Q是负载均衡缸回油口；60是副支撑器中心支架；6L是副支撑腿；6G是副撑靴；9P是总进油口；9Q是总回油口。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置，包括主支撑器4、负载均衡器5和副支撑器6；如图1所示。

本实施例装置的主支撑器4为三足并联装置，以主支撑器中心支架40为固定平台，其3个可伸缩的主支撑腿4L上装有主撑靴4G,其左侧预留有与推进器相连接的推进器关节支座4H；所述的副支撑器6为三足并联装置，以副支撑器中心支架60为固定平台，其3个可伸缩的副支撑腿6L上装有副撑靴6G；所述负载均衡器5为六足并联装置，由6组液压缸组成，每组液压缸又由1个负载均衡缸5C组成；每个负载均衡缸5C左侧与主支撑器4用负载均衡器左关节5L连接，每个负载均衡缸5C右侧与副支撑器6用负载均衡器右关节5R连接。所述的负载均衡器左关节5L和负载均衡器右关节5R为球形铰链或万向铰链连接，所述的推进器关节支座4H为球铰或万向铰支座。

本实施例支撑装置的动作特征如下：

主撑靴4G与支撑面接触但不用力撑紧的状态为主支撑器就位状态，与支撑面接触且用力撑紧的状态为主支撑器支撑状态，主支撑腿4L缩回，使主撑靴4G部分或全部与支撑面脱离接触的状态为主支撑器复位状态；主支撑器4由复位状态切换为就位状态的动作称为主支撑器就位，反之称为主支撑器复位；主支撑器4由就位状态切换为支撑状态的动作称为主支撑器加载，反之称为主支撑器卸载。

副撑靴6G与支撑面接触但不用力撑紧的状态为副支撑器就位状态，与支撑面接触且用力撑紧的状态为副支撑器支撑状态，副支撑腿6L缩回，使副撑靴6G部分或全部与支撑面脱离接触的状态为副支撑器复位状态；副支撑器6由复位状态切换为就位状态的动作称为副支撑器就位，反之称为副支撑器复位；副支撑器由就位状态切换为支撑状态的动作称为副支撑器加载，反之称为副支撑器卸载。

本实施例支撑装置，能在一个行程范围内避让副支撑器的支撑面有缺陷的部位，其特征是将主支撑器切换至主支撑器支撑状态，驱动负载均衡器，移动副支撑器轴向位置，避让支撑缺陷的部位。

实施例2

本实施例一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置，包括主支撑器4、负载均衡器5和副支撑器6；如图2所示。

本实施例装置的主支撑器4为三足并联装置，以主支撑器中心支架40为固定平台，其3个可伸缩的主支撑腿4L上装有主撑靴4G,其左侧预留有与推进器相连接的推进器关节支座4H；所述的副支撑器6为三足并联装置，以副支撑器中心支架60为固定平台，其三个可伸缩的副支撑腿6L上装有副撑靴6G；所述负载均衡器5为六足并联装置，由6组液压缸组成，每组液压缸又由2个负载均衡缸5C组成；每个负载均衡缸5C左侧与主支撑器4用负载均衡器左关节5L连接，每个负载均衡缸5C右侧与副支撑器6用负载均衡器右关节5R连接。所述的负载均衡器左关节5L和负载均衡器右关节5R为球形铰链或万向铰链连接，所述的推进器关节支座4H为球铰或万向铰支座。

本实施例支撑装置的动作特征同实施例1。

实施例3

本实施例是图1所示支撑器结构在掘进机应用的实施例,如图3所示。

本实施例一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置的掘进机，由刀盘系统1、支承环2、推进器3及如图1所述的支撑装置构成，主支撑器4所预留的关节支座4H与推进器3的推进缸右关节3R相连接，两者构成球铰关节或万向铰关节。

本实施例掘进装置在推进作业时，具备负载均衡能力。

本实施例由以下作业步骤构成：

步骤1：主支撑器4处于主支撑状态；

步骤2：副支撑器6处于副支撑状态；

步骤3：在负载均衡器5施加均衡载荷，设定主支撑器4与副支撑器5的负载；

步骤4：由推进器3加载、向前推进一个行程后、卸载。

本实施例所示的掘进装置，其负载均衡器可兼作副推进器，完成全自动连续掘进作业。由主推进兼副换步及副推进兼主换步两大工作步各完成半环的推进工作，构成一个完整的掘进作业循环。其关键作业步骤是：

步骤1：初始状态：切换至主支撑器就位状态，副支撑器独立支撑状态；

步骤2：主推进兼副换步作业步：推进器用作主推进器负责前半个行程的推进工作，同时并行方式顺序执行以下动作：

步骤2.1：主支撑器4加载，切换至主支撑器与副支撑器并行支撑方式；

步骤2.2：负载均衡器5卸载，副支撑器6卸载，切换至主支撑器独立支撑状态；

步骤2.3：负载均衡器5兼作换步器，执行副支撑器换步动作；

步骤2.4：副支撑器6加载，切换至主支撑器与副支撑器并行支撑方式；

步骤2.5：负载均衡器5加载至推进器同一水平，主支撑器卸载，切换至副支撑器独立支撑状态；

步骤3：副推进兼主换步作业步：负载均衡器兼作副推进器，完成后半个行程的推进工作，同时并行方式顺序执行以下动作：

步骤3.1：推进器复位，切换至初始状态。

步骤4：循环执行步骤2-3完成下一行程掘进作业，直至停机。

实施例4

本实施例是图2所示支撑器结构在掘进机应用的实施例,如图4所示。

本实施例一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置的掘进机，由刀盘系统1、支承环2、推进器3及如图2所述的支撑装置构成；本实施例推进器3有6组(每组两个)主推进缸3C；主支撑器所预留的推进器关节支座4H与推进器3的推进缸右关节3R相连接，两者构成球铰关节或万向铰关节。

本实施例的作业步骤同实施例3。

实施例5

本实施例是图1所示支撑器结构在掘进机应用的实施例,如图5所示。

本实施例一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置的掘进机，由刀盘系统1、支承环2、推进器3及如图1所述的支撑装置4构成；本实施例推进器3有六组(每组两个)主推进缸3C；主支撑器所预留的推进器关节支座4H与推进器3的推进缸右关节3R相连接，两者构成球铰关节或万向铰关节。

本实施例的作业步骤同实施例3。

实施例6

本实施例是支撑装置驱动方式重构的具体实施方式。图6是如图1所述支撑装置驱动方式重构的液压原理图。

图6所示，负载均衡器包括负载均衡缸5C、负载均衡缸左关节5L、负载均衡缸右关节5R、负载均衡缸进油口5P、负载均衡缸回油口5Q、驱动模式重构阀5F和电磁铁5DT；负载均衡缸5C、负载均衡缸左关节5L、负载均衡缸右关节5R、负载均衡缸进油口5P和负载均衡缸回油口5Q构成负载均衡缸总成。

负载均衡缸5C上带有负载均衡缸进油口5P、负载均衡缸回油口5Q驱动模式重构阀5F；所述驱动模式重构阀5F由电磁铁5DT驱动工作，为两位三通电磁阀，其进口端第一个接口连接负载均衡缸进油口5P和总进油口9P，其进口端第二个接口连接总回油口9Q，其出口端连接负载均衡缸回油口5Q；如若电磁铁5DT得电，负载均衡缸回油口5Q与负载均衡缸进油口5P连通，负载均衡缸5C将工作于差动驱动方式，其结构刚度将降低，将减小大突变载荷对副支撑器6的不利影响；如若电磁铁5DT失电，负载均衡缸回油口5Q与负载均衡缸进油口5P断开，负载均衡缸5C将工作于双向驱动方式，其结构刚度将提高，将减小负载均衡缸5C变形带来的不利影响。

Claims (5)

1.一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置，其特征在于，所述装置包括主支撑器、副支撑器和负载均衡器；所述主支撑器、负载均衡器与副支撑器依次串联而成混联式装置，其拓扑构型随主支撑器与副支撑器的加载或卸载动作而改变；

所述主支撑器为三足并联装置，以主支撑器中心支架为固定平台，其3个主支撑腿可带动主撑靴作伸缩运动，并留有与推进器相连接的推进器关节支座；所述副支撑器为三足并联装置，以副支撑器中心支架为固定平台，其3个副支撑腿可带动副撑靴作伸缩运动；所述负载均衡器为六足并联装置，由6组液压缸组成，每组液压缸又由一至三个负载均衡缸组成，每个负载均衡缸可伸缩运动，其左侧与主支撑器用负载均衡缸左关节连接，其右侧与副支撑器用负载均衡缸右关节连接；所述的负载均衡缸左关节和负载均衡缸右关节为球形铰链或万向铰链连接；所述的推进器关节支座为球形铰或万向铰支座。

2.根据权利要求1所述的一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置，其特征在于，所述主支撑器包括主支撑器中心支架、主支撑腿和推进器关节支座；所述的主支撑腿包括主支撑缸和主撑靴；所述副支撑器包括副支撑器中心支架、副支撑腿；所述的副支撑腿包括副支撑缸和副撑靴；所述主支撑器中心支架为六边形结构，角度相距120°的支架边上分别安装3个主支撑腿；外部推进缸与主支撑器将通过主撑靴上圆弧内侧的推进器关节支座相连接；所述副支撑器中心支架也为六边形结构，角度相距120°的支架边上分别安装3个副支撑腿；所述负载均衡器包括负载均衡缸总成、驱动模式重构阀和电磁铁；负载均衡缸总成包括负载均衡缸、负载均衡缸左关节、负载均衡缸右关节、负载均衡缸进油口和负载均衡缸回油口。

3.根据权利要求1所述的一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置，其特征在于，所述装置对缺陷支撑面的避让方法为：

先给定主支撑器的轴向位置，将其切换至支撑状态，将副支撑器切换至非支撑状态，并以主支撑器为固定平台，以副支撑器为活动平台，以负载均衡缸作为驱动件，构成六足并联装置，负载均衡缸伸出或缩回，可调节副支撑器的轴向位置，便可在一个行程范围内避开有缺陷的支撑面。

4.根据权利要求1所述的一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置，其特征在于，所述装置的负载均衡方法如下：

先给定主支撑器及副支撑器的轴向位置，将两者切换至并行支撑状态，主支撑器及副支撑器均固定不动，此时负载均衡缸不作宏观运动，但可加载或卸载，负载均衡缸推力大小即为副支撑器所分担的推进力大小，调节负载均衡缸推力大小，即可调节主支撑器与副支撑器各自分担的推进力大小；

每个负载均衡缸设置1个驱动模式重构阀，所述驱动模式重构阀由电磁铁驱动工作，驱动模式重构阀为两位三通电磁阀，其进口端第一个接口连接负载均衡缸进油口和总进油口，其进口端第二个接口连接总回油口，其出口端连接负载均衡缸回油口；如若电磁铁得电，负载均衡缸回油口与负载均衡缸进油口连通，负载均衡缸将工作于差动驱动方式，其结构刚度将降低，将减小大突变载荷对副支撑器的不利影响；如若电磁铁失电，负载均衡缸回油口与负载均衡缸进油口断开，负载均衡缸将工作于双向驱动方式，其结构刚度将提高，将减小负载均衡缸变形带来的不利影响。

5.根据权利要求4所述的一种带双三足支撑器和负载均衡器的混联式TBM支撑装置，其特征在于，所述装置的负载均衡计算方法如下：

来自刀盘系统的掘进阻力，通过推进器传递至主支撑器，一部分被主支撑器的摩擦力平衡，另一部分经负载均衡器传递至副支撑器，并被副支撑器的摩擦力所平衡；主支撑器和副支撑器的摩擦阻力各自平衡了部分掘进阻力，故而能起到均载作用；负载均衡缸的推力直接决定了副支撑器的负载大小，通过调节负载均衡缸的推力可直接精确调控副支撑器的负载，间接调节了主支撑器的负载；反之，负载均衡缸的推力间接决定了主支撑器的负载大小，通过调节负载均衡缸的推力也可以直接精确调控主支撑器的负载，从而间接地调节了副支撑器的负载；所述负载均衡计算方法步骤为：

(1)设定计算载荷，假定推进器所需总推力为F_z，负载均衡器所需推力为F_p，此处应考虑外载荷的扭矩的作用及安全工作要求将其值适当放大，对于TBM支撑装置其放大系数为105％至110％，安全工作要求的安全系数按工程要求设定；

(2)决定支撑器极限工作能力，根据支撑面状况，决定主支撑器安全工作的最大支撑力Z_1max与副支撑器安全工作的最大支撑力Z_2max；以及主支撑器与支撑面的摩擦系数为f₁，副支撑器与支撑面的摩擦系数为f₂，主支撑器与副支撑器安全工作系数A；

(3)根据安全支撑的要求，给定掘进载荷的约束条件；主支撑器的支撑力Z₁及其最大支撑力Z_1max应满足：Z₁≤Z_1max；副支撑器的支撑力Z₂及其最大支撑力Z_2max应满足：Z₂≤Z_2max；主支撑器的有效负载P₁，应满足的最大静摩擦力条件：A×P₁≤f₁×Z₁；副支撑器的有效负载P₂，应满足的最大静摩擦力条件：A×P₂≤f₂×Z₂，而总的推力F₁应满足的平衡条件：F₁＝P₁+P₂；

(4)根据负载均衡要求，导出的最佳工作条件；定义负载比：λ₁＝P₁:(P₁+P₂)，λ₂＝P₂:(P₁+P₂)，则λ₁+λ₂＝1；考虑主支撑器、副支撑器的安全工作裕量，支撑力Z₂与Z₁的比值应为：Z₂:Z₁＝Z_2max:Z_1max；由此可得：最佳负载比：及最佳负载比：以及推力F₂与F₁的分配最佳比值为：

(5)给定所需推力F_z，计算所需的最小支撑力，计算方法为：

负载均衡器的推力：主支撑器负载P₁：P₁＝F_z-F_p，最小支撑力：Z_1min＝A×P₁/f₁；副支撑器负载：P₂＝F_p，最小支撑力：Z_2min＝A×P₂/f₂；在理想状态下，支撑面在两接触点处的摩擦系数相同，可取：f＝f₁＝f₂，且支撑面在两处许用的最大支撑力相同，可取：Z_max＝Z_1max＝Z_2max，得：F₂＝0.5F₁且Z_1min＝Z_2min＝0.5A×F_z/f，即：经负载均衡后，可使主支撑器与副支撑器均载，且所需的支撑力最小，负载均衡状态下负载均衡器推力F_p为总推力F_z的一半；

(6)给定最大支撑力Z_1max与Z_2max，计算许用的最大推力，计算方法为：推进器最大推力：F_zmax＝(f₁×Z_1max+f₂×Z_1max)/A；决定推进器的总推力：F_z≤F_zmax之后；负载均衡器的推力为：理想状态下，支撑面在两接触点处的摩擦系数相同，可取：f＝f₁＝f₂，且其支撑面在两处许用的最大支撑力相同，可取：Z_max＝Z_1max＝Z_2max，得：F_1max＝2f×Z_max/A，且F_p＝0.5F_z，即：经负载均衡后可使主支撑器与副支撑器均工作于极限载荷状态，且许用的推力F₁最大，负载均衡状态下负载均衡器的推力F_p为所需推力F_z的一半。