盾構機液壓系統(tǒng)原理海瑞克

./盾構機液壓系統(tǒng)原理液壓系統(tǒng)原理盾構機的絕大部分工作機構主要由液壓系統(tǒng)驅動來完成,液壓系統(tǒng)可以說是盾構機的心臟,起著非常重要的作用。這些系統(tǒng)按其機構的工作性質可分為：盾構機液壓推進及鉸接系統(tǒng)刀盤切割旋轉液壓系統(tǒng)管片拼裝機液壓系統(tǒng)管片小車及輔助液壓系統(tǒng)螺旋輸送機液壓系統(tǒng)液壓油主油箱及冷卻過濾系統(tǒng)同步注漿泵液壓系統(tǒng)超挖刀液壓系統(tǒng)以上8個系統(tǒng)除同步注漿泵液壓系統(tǒng)在1號拖車、超挖刀液壓系統(tǒng)在盾殼前體為兩個獨立的系統(tǒng)外,其余6個液壓系統(tǒng)都共用一個油箱,并安裝在2號拖車上組成一個液壓泵站。有的系統(tǒng)還相互有聯(lián)系。下面就分別介紹一下以上8個液壓系統(tǒng)的作用及工作原理。盾構機液壓推進及鉸接系統(tǒng)盾構機液壓推進盾構機液壓推進系統(tǒng)的組成盾構機液壓推進系統(tǒng)由液壓泵站,調速、調壓機構,換向控制閥組及推進油缸組成,30個油缸分20組均布的安裝在盾構中體內圓壁上〔見圖,并分為上、下、左、右四個可調整液壓壓力的區(qū)域,為盾構機前進提供推進力、推進速度,通過調整四個區(qū)域的壓力差來實現(xiàn)盾構機的轉彎調向及糾偏功能。鉸接系統(tǒng)的主要作用是減小盾構機轉彎或糾偏時的曲率半徑上的直線段,從而減少盾尾與管片、盾體與圍巖間的摩擦阻力。推進系統(tǒng)液壓泵站：推進系統(tǒng)的液壓泵站是由一恒壓變量泵〔1P001和一定量泵〔1P002組成的雙聯(lián)泵,功率為75KW,恒壓變量泵為盾構的前進提供恒定的動力。恒壓泵的壓力可通過油泵上的電液比例溢流閥〔A300調整,流量在0-qmax范圍內變化時,調整后的泵供油壓力保持恒定。恒壓式變量泵常用于閥控系統(tǒng)的恒壓油源以避免溢流損失。由恒壓變量泵輸出的高壓油分別送達A、B、C、D四組并聯(lián)的推進方向控制閥組,經(jīng)過閥組的流量、壓力調整和換向后再去控制推進油缸,從而使推進油缸的推進速度、推力大小及方向得到準確控制。因每組油缸的控制原理都一樣,下面就以B組中的第一個油缸控制為例,介紹其作用和工作原理。油泵輸出的高壓油經(jīng)高壓管路由B組的P口進入,一路徑F1〔過濾→A111〔流量調整→A101〔壓力調整→經(jīng)電液換向閥進入推進油缸。缸的快進快退,提高工作效率。A783控制的插裝閥。A403為推進油缸底端預卸荷閥。閥組中還有液控單向閥、載荷溢流閥,以及A256壓力傳感器和油缸行程傳感器。四組閥組中的電液換向閥的液控油由定量泵〔1P002經(jīng)減壓閥〔1V034提供。鉸接裝置工作模式分三種：鉸接裝置的動力來源于推進系統(tǒng)的液壓泵站中的定量泵〔1P002,鉸接裝置的加載和卸載由〔A349兩位兩通電液閥控制。鉸接回收〔PULL或RETRACTION模式<減小鉸接間隙>,定量泵輸送來的高壓油從閥快〔2C001P口進入,此時〔H001不得電截止,〔H002得電導通,高壓油進入鉸接油缸的有桿腔使鉸接油缸回收。鉸接保持〔HOLD或FREE模式〔浮動模式,該模式下〔H001、H002都不得電截止。鉸接油缸有桿腔的油被封閉,油量保持不變,被封閉的油在所有相互并聯(lián)的有桿腔內互相補償,直線推進時保持鉸接間隙,轉彎時處于浮動狀態(tài)。鉸接釋放〔RELEASE或LOOSE模式〔伸長模式,當〔H001得電導通,〔H002無電截止時,鉸接油缸有桿腔的油接通低壓,在盾構機推進時,因盾尾的阻力使鉸接油缸被拉長,達到增大鉸接間隙的目的。該油路中還設有負載溢流閥〔V2、壓力傳感器〔H005及鉸接間隙長度傳感器。另外可以通過〔2V003、2V004、的導通和截止達到鉸接保持和鉸接釋放功能。但當〔2V003、2V004兩個閥的截止,在鉸接油缸有桿腔的壓力過高時<盾構機推進時,盾尾如果被卡住>,因無壓力傳感器的壓力顯示和載荷溢流閥的溢流,可能會使鉸接油缸損壞或油管爆裂。刀盤旋轉液壓系統(tǒng)刀盤旋轉系統(tǒng)可分為補油回路、主工作回路、外部控制供油泵、主泵外部控制回路、馬達外部控制回路。刀盤旋轉系統(tǒng)是為刀盤切割巖石或土壤時提供轉速和扭矩,要求根據(jù)巖石地質的變化轉速能夠方便的調整。為了得到較大的功率和扭矩,該系統(tǒng)采用3臺315KW的雙向變量液壓泵并聯(lián),帶動8臺雙向兩速低速大扭矩液壓馬達。下面分別介紹各回路的作用及工作原理。補油回路：因主工作回路是閉式回路,加之系統(tǒng)功率大,需要進行補油和散熱,所以設置了一套補油回路對其進行補油和散熱。為增大散熱效率,補油回路采用了55KW低壓大流量的定量泵來帶走閉式回路中的大量熱量,同時也對其進行了補油。補油泵從油箱泵出的油經(jīng)兩個濾清器〔1F001、1F002進入3個主泵的E口,并通過兩個單向閥分別對閉式回路的低壓端進行補油,然后經(jīng)主泵的高壓端為液壓馬達提供動力油。從馬達返回的攜帶熱量的低壓油又回到主泵,一部分又進入主泵的高壓端,一部分經(jīng)排放閥從主泵的K1口流出,并經(jīng)一節(jié)流閥流回油箱進行冷卻。補油回路中還設有蓄能器和壓力傳感器,蓄能器是保證回路的壓力平穩(wěn)。主工作回路由主泵和液壓馬達組成,主泵是一315KW的雙向變量泵,在主泵的主回路中有補油單向閥、載荷溢流閥、及低壓排放閥,主泵的控制回路有主泵斜盤伺服油缸及雙向伺服控制閥,司服閥由外部控制回路調壓控制,以便實現(xiàn)換向和無級調速。兩個補油單向閥分別向低壓側進行補油,另一個帶彈簧符號的單向閥是當兩側回路都較高或相等時〔如：主泵斜盤角度為0時,補油直接通過它,并經(jīng)節(jié)流閥〔1Z017返回油箱。載荷溢流閥當載荷過大時使過高的壓力油泄至低壓側,以達到保護系統(tǒng)不受損壞。排放閥用于閉式系統(tǒng)多余的熱油經(jīng)低壓側排放回油箱。節(jié)流閥〔1Z017是保證排放出的壓力油與油箱之間形成約20bar的壓差。主泵控制回路用于控制其斜盤的±角度,以實現(xiàn)刀盤的正反轉及轉速的無級調整。外來控制油經(jīng)換向閥〔1V002到達司服閥的左右端,使司服油缸的無桿腔進油和排油來實現(xiàn)活塞桿的左右移動,從而完成斜盤角度的控制。外來控制油是通過外部控制回路中的電比例溢流閥〔B006提供,調整范圍0-45bar。馬達回路含有司服油缸、司服閥及低壓排放閥,司服閥由主回路壓力及外部控制回路控制,當馬達外載荷增大時,主回路高壓側的油壓隨之升高,高壓油經(jīng)過單向閥,一路到達司服閥左端,使司服閥右移,一路到達司服閥P口經(jīng)減壓閥進入司服油缸無桿腔使斜盤角度增大,從而降低轉速增加扭矩,外部控制回路由控制油泵提供控制油壓,當無控制油壓時,馬達處于高速檔,當外部提供油壓時,司服閥右移,使馬達處于低速檔,從而實現(xiàn)了兩速控制。外部控制供油泵〔2P001：控制油泵是一臺5.5KW的恒壓變量泵,泵中的兩個司服閥上面一個與溢流閥聯(lián)合控制泵的壓力,下面一個以控制流量為主?！睟040為加載電磁閥。該泵的油通過濾清器〔2F001向刀盤旋轉系統(tǒng)的主泵和液壓馬達以及螺旋輸送機的控制回路供油。一路去旋轉主泵回路的控制閥,一路去旋轉馬達控制閥,另兩路去兩臺螺旋輸送機的主泵控制閥。進入旋轉主泵控制閥的油經(jīng)節(jié)流和減壓后在經(jīng)電液比例溢流閥〔B006向旋轉主泵司服閥提供0-45bar的可變壓控制油壓,以實現(xiàn)轉速的無級調整。另外從主泵P口<H88>和梭閥〔V030、H92反饋到控制閥〔2C003并匯集到兩組溢流閥和載荷感知閥,兩組溢流閥由手動兩位四通閥轉換,正常工作時使用左邊溢流閥,增大扭矩時使用右邊溢流閥〔只能短時間使用,手動閥自動回位。感知閥是在扭矩突然增大時,反饋的油壓將減低其溢流壓力,使控制主泵伺服的壓力降低,從而減小主泵斜盤角降低刀盤轉速。進入旋轉馬達控制閥P口的油經(jīng)節(jié)流閥〔M10又分兩路,一路經(jīng)減壓閥、兩位四通電磁閥〔B032到〔H86旋轉馬達控制馬達的高低速。另一路經(jīng)減壓閥、兩位四通閥〔B033、單向節(jié)流閥去控制馬達〔1A002的剎車〔1G002。在〔1A002馬達上裝有旋轉方向傳感器〔1S026、B035、馬達高低速傳感器〔1S025、B038和油溫傳感器〔1S023、B050。在剎車回路中設有蓄能器〔2C002,與單向節(jié)流閥一起保證了剎車時的快殺慢放。管片拼裝機液壓系統(tǒng)為了提高管片的拼裝效率及避免拼裝中的管片損壞,要求系統(tǒng)要有一定的速度、準確的移動位置精度、足夠的活動自由度及可靠的安全度。速度由一55KW的雙聯(lián)恒壓變量泵提高的流量控制,精度靠電液比例司服閥控制,自由度有：管片的左右旋轉、提升〔可左右分別提升及同時提升、前后水平六個自由度,并有管片的抓緊及繞抓舉頭水平微轉、前后微傾的微調功能。55KW的雙聯(lián)恒壓變量泵為拼裝機提供動力。當用快速檔時,雙泵同時工作。低速檔時,只〔1P002工作。加載閥〔C003、C004由PLC控制,根據(jù)拼裝機的工作速度可對其進行分別控制或同時控制。旋轉控制：油泵輸出的高壓油一路經(jīng)減壓閥〔DM減至30bar到達電液比例閥然后控制司服閥以達到控制流量來控制馬達旋轉速度。各閥的功能如下,DM為控制油減壓閥,DBV2為控制油溢流閥,DBV1與插裝閥組成主溢流閥,進入司服閥前的減壓閥經(jīng)DUE4、DUE7節(jié)流閥后的反饋油控制,以達到動作啟動時的平穩(wěn)。D1、D4為反饋油溢流閥,F1、DUE2是停止動作時起泄油的作用。經(jīng)控制閥控制后壓力油分別進入兩個并聯(lián)的回轉馬達,高壓側的油一路經(jīng)減壓閥〔1V001減壓后去控制剎車,減壓閥旁的單向閥起回轉停止時剎車的泄油回路。進入馬達的油先經(jīng)平衡閥〔此閥進油時不起作用,驅動馬達旋轉,馬達出來的油進入下一個平衡閥,該閥在進油有一定壓力后經(jīng)X口其慢慢打開回油通路,并保證一定的背壓,避免馬達因慣性吸空,當旋轉慣性過大時平衡閥右邊的壓力會增加,使閥芯左移以減少回油來減小慣性產生的轉速,當回油壓力增大到最大設定值時平衡閥中的溢流閥工作,避免了液壓元件被損壞。水平移動的控制與回轉控制一樣,從控制閥出來的油經(jīng)平衡閥〔1C004進入水平移動油缸,控制油缸的前后移動。提升控制：控制閥原理與回轉控制相同,但在司服閥反饋油出口處只在提升回路中設置了節(jié)流閥,下降反饋口沒有設置,其目的是為了較快的提高司服閥進口處減壓閥的減壓壓力以增加下降時的反應速度,同時也反映一個功率平衡問題。兩個提升油缸即可以單控,也可以同時控制,所以有兩套單獨得司服控制閥,。從控制閥出來的壓力油先通過一個兩位兩通隨動閥進入提升油缸,當達到一定壓力后,油缸出油口的兩位兩通隨動閥在進口壓力的推動下打開,導通回油通道形成回路。反之亦然。管片抓緊控制：壓力油經(jīng)減壓閥減壓,在經(jīng)三位四通電磁換向閥換向,經(jīng)液壓鎖、單向節(jié)流閥、B口端還有溢流閥。抓緊時,從A1口出來的油經(jīng)過抓舉油缸進口處的液壓鎖進入抓舉缸的有桿腔,當達到設定的抓緊力時油缸旁的溢流閥溢流,并使油缸旁的兩位兩通閥換向,切斷通往壓力開關〔1S001的油壓,使壓力開關信號改變。只有當壓力開關的信號改變后,拼裝機才有其他動作。否則視為管片沒有抓緊不安全,管片機不能動作。松管片時B1口的壓力油進入抓舉缸的無桿腔,一路打開油缸邊上的液壓鎖,使活塞下行?？刂崎y中的液壓鎖是保持活塞位置的,單向節(jié)流閥是調整活塞動作速度的,溢流閥是起安全作用的。水平微動和傾斜微動控制與抓舉控制原理相同。管片小車及輔助液壓系統(tǒng)輔助油泵為一22KW的恒壓變量泵,原理與刀盤旋轉系統(tǒng)得控制油泵相同。輸出的壓力油分別控制管片小車鏈條漲緊油缸、管片小車上的前送油缸、管片輸送舉升油缸、后配套拖車牽引油缸及螺旋輸送機閘門。鏈條漲緊控制：壓力油從P口進入控制閥,經(jīng)減壓閥、三位四通電磁換向閥、液壓鎖達到油缸。管片前送控制閥：與管片抓舉控制閥相同。但回路中多一組流量再生閥〔1C004,注：據(jù)說此閥實際中不能使用。輸送舉升控制閥：控制閥原理與抓舉控制閥相同。為使四個舉升缸同步,回路中設置了一組流量分配器,該分配器原理其實就是齒輪泵工作原理,四個型號參數(shù)一樣的泵并聯(lián)在一起同軸旋轉,因轉速也一樣,所以四個泵排出的流量一樣,使進入四個舉升缸的流量保持一樣,活塞的行程也相同。四個回路采用一個負載溢流閥。后配套牽引控制閥：控制閥原理同抓舉控制閥。只是牽引缸無桿腔的油不通過控制閥,直接回油箱。有桿腔回路中裝有壓力傳感器。螺旋機閘門設置與螺旋機配置的數(shù)量有關但差別不大,都有兩個閘門,一級螺旋機出口的閘門控制結構和原理都一樣,單螺旋機有前閘門,雙螺旋機沒有。但雙螺旋機的二級螺旋機有出口閘門。一級螺旋機出口閘門：來自輔助泵的壓力油經(jīng)減壓閥、三位四通電磁換向閥液壓鎖到達閘門油缸,控制閘門的開閉。閘門開閉的大小由長度傳感器〔K011給出信號,開口最大和關閉由兩個位置傳感器〔K012、K013提供信號?；芈分醒b有一液壓蓄能器,當出現(xiàn)緊急情況時〔如停電時,靠蓄能器里的壓力自動關閉閘門〔當然要在左邊的球閥開啟時,右邊的球閥是卸壓時打開。二前閘門和二級螺旋機出口閘門相同,其控制原理都與管片抓舉控制閥一樣。螺旋輸送機液壓系統(tǒng)螺旋輸送機分單螺旋輸送和雙螺旋輸送,無論是單還是雙,其系統(tǒng)原理都一樣,雙螺旋采用的還是兩套獨立的控制系統(tǒng),下面就介紹一套系統(tǒng)。螺旋輸送機主泵回路和液壓馬達回路與刀盤回路原理一樣,只是補油泵為內置式,除給系統(tǒng)補油外,還給泵控回路提供控制油壓,并設有一補油順序閥來保證控制油的壓力,另有一梭閥給壓力傳感器〔K005提供高壓側的油壓。液壓馬達回路減速器〔1G001、1G002由55KW的刀盤旋轉補油泵提供的液壓油對其進行冷卻。馬達上裝有轉速傳感器和油溫傳感器。螺旋機主泵控制回路由伺服閥、伺服油缸及調壓閥組成,伺服閥由外部控制閥〔1C005控制,調壓閥分A、B兩路經(jīng)梭閥〔1V017匯集到溢流閥〔1V018進行調整。伺服閥動作時帶動伺服油缸活塞移動,從而使斜盤角增大,泵流量增加,當外載荷大時系統(tǒng)壓力就會隨之增大,當系統(tǒng)壓力超過調定值時,相對于高壓側的兩位三通隨動閥上移,如：當伺服閥X1端供油時,伺服閥移至右位,伺服缸有桿腔進油,無桿腔回油至低壓,伺服活塞右移泵斜盤角增大,A路為高壓側,當A路壓力超過調定值時,此時左邊一個隨動閥上移,控制油壓與伺服油缸無桿腔接通,因有桿腔和無桿腔的壓差關系,使伺服活塞左移,泵斜盤角減小,A路壓力下降至回路壓力調定值。當X2端供油時,伺服閥移至左位,控制油經(jīng)兩個隨動閥后進入伺服缸的無桿腔〔有桿腔為常壓油,因壓差關系,伺服活塞左移泵斜盤角反方向加大,B路為高壓側,當壓力超高時右邊一個隨動閥上移,伺服缸無桿腔與低壓回路接通,伺服活塞右移,泵斜盤角減小,B回路降至設定壓力值?？刂苹芈罚嚎刂朴陀?.5KW控制泵提供,來至控制泵的控制油從控制閥P口進入經(jīng)溢流閥限壓后,再由電磁比例調壓閥調壓,給油泵伺服閥提供可變的壓力油,來控制主泵的流量,從而達到無級控制馬達轉速的目的。控制閥中還設有一載荷感知閥,回路中隨載荷變化的壓力經(jīng)梭閥〔1V024送到控制閥的RHD口調整感知閥上控制油的溢流壓力,當載荷增大時感知閥的溢流壓力降低,從而使控制伺服閥的控制壓力經(jīng)梭閥〔1V019至感知閥降低,隨之減小斜盤角、流量、轉速,使載荷得到控制。主油箱回路主油箱包含5000L油箱、供油接口、回油接口、泄油接口、溢流接口、冷卻過濾回路、油位傳感器,油溫傳感器。供油接口10個：推進油泵H01；鉸接油泵H002；旋轉補油泵H02；旋轉控制油泵H03；管片拼裝機1#油泵H04；管片拼裝機2#油泵H05；管片小車及輔助油泵H08；螺旋輸送機一級油泵H07；螺旋輸送機二級油泵H016；注漿系統(tǒng)油泵H003。以上每路都有進油濾網(wǎng)。回油接口6個：推進系統(tǒng)H136；旋轉系統(tǒng)H09；管片拼裝系統(tǒng)；管片小車及輔助系統(tǒng)H03；注漿系統(tǒng)H001；螺旋輸送機系統(tǒng)H02。以上6路集中至3個濾清器過濾后回油箱,濾清器中裝有堵塞傳感器。泄油接口6個：推進系統(tǒng)H137；旋轉系統(tǒng)H15；管片拼裝系統(tǒng)H20；管片小車及輔助系統(tǒng)H04；螺旋輸送機系統(tǒng)H01；注漿系統(tǒng)H002。以上6路集中后直接回油箱。溢流接口3個：旋轉補油泵H71；旋轉泵控閥H07；螺旋輸送機泵控閥H028。以上3路獨立回油箱。冷卻過濾回路：由一11KW定量泵將油箱里的油泵出,經(jīng)兩套濾清器過濾,再經(jīng)過水冷式熱交換器冷卻后返回油箱?；芈分杏屑虞d電磁閥〔M006、壓力表、濾清堵塞傳感器、溫度計。油位傳感器有：高油位開關、低油位警報開關、低油位停止開關、油箱油溫傳感器。注漿液壓系統(tǒng)注漿泵由液壓泵、換向沖擊波反饋旁路、速度控制回路〔電磁比例節(jié)流閥、液控自動換向回路、泵