土压平衡盾构(Earth Pressure Balance Shield Machine,EPBM)行星减速器(Planetary Gear Trains,PGT)因其体积小,传递功率大,每立方米传递功率达400KW以上,可称为高功率密度行星减速器。行星减速器在运行过程中存在齿轮啮合损失、轴承损失、搅油损失等多种能量损耗,其传递功率密度大,相应的能量损失较常规减速器大,且EPBM行星减速器所处的地下有限空间,散热能力有限,若损耗能量不能及时散发,将会引起PGT系统温度升高,尤其是润滑油温的升高,将影响润滑性能,严重时甚至引起齿轮胶合失效,直接影响EPBM的施工效率,因此,对EPBM行星减速器的热平衡分析对保证PGT的可靠性和盾构施工效率具有重要意义。　　 本文结合国家高新技术研究发展计划(863计划)土压平衡盾构大功率行星减速器开发,针对土压平衡盾构机行星减速器的结构特点,研究了盾构机刀盘扭矩与油缸推力间的关系,并根据施工单位提供的PGT载荷分布,对不同工况下的行星减速器温升过程及温度分布展开研究,探讨了减速器散热条件对温升的影响,提出了不同工况下行星减速器温升控制方法,为土压平衡盾构机行星减速器的设计提供理论参考。论文的主要内容如下:　　 ①行星减速器能量转换模型的建立。不考虑材料流动所带来的能量损失,从功平面、熟平面及润滑油平面建立齿轮系统能量转换模型,根据功能转换原理提出了齿轮啮合损失的计算方法,并对齿轮传动系统轴承损失和搅油损失进行计算,分析了不同工况下的能量损耗及不同能量损失对功率损失的贡献度,为齿轮系统热平衡分析奠定基础。　　 ②行星减速器能量损耗的验证。利用图论中图画表示方法构造了单级行星减速器的能量传递模型,基于能量平衡原理提出了行星减速器传动效率的计算方法,并将计算结果与试验结果及库德略夫采夫行星轮系传动效率计算结果进行对比,结果表明基于图论方法的行星齿轮传动系统传动效率计算方法的正确性,同时也说明了行星传动系统能量转换模型的正确性。　　 ③行星减速器热平衡分析及其验证。忽略各构件内部温差对传热性能的影响,将传动系统各构件转换为节点,综合考虑各构件间的耦合关系,在对热传递过程中热阻进行研究的基础上,基于热网格法建立行星传动系统的热平衡数学模型,并对土压平衡盾构行星减速器在不同工况下的热平衡过程进行计算,分析了不同风速下行星减速器的热平衡状态,提出了以温升为目标的盾构机冷却系统控制方法。在此基础上,采用有限元法,分析了不同工况下的行星减速器稳态温度分布。　　 ④行星减速器温升控制研究。在对土压平衡盾构推力和刀盘扭矩分析的基础上,建立了土压平衡盾构推力与刀盘扭矩的数学模型,据此提出基于实际载荷的温升控制方法;基于行星减速器热平衡分析结果,提出以行星减速器温升为目标的隧道内风速控制方法,指出了不同工况下所需的隧道内冷却风速。　　 ⑤行星减速器温升过程及传动效率试验研究。根据土压平衡盾构机行星减速器大扭矩、低转速的工作特点,利用行星减速器温升过程及传动效率测试装置,提出了基于电机功率的行星齿轮传动系统传动效率的计算方法。通过对行星传动系统的温升过程及传动效率进行测试,得到了不同工况下的温升过程和传动效率,与理论计算结果对比,二者趋势比较吻合,从而说明基于热网格法的多级行星减速器热平衡分析方法的可行性。