盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)分析

2024年10月23日盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)分析Shijiazhuangrailwayinstitute

中鐵22局盾構(gòu)培訓(xùn)班目錄1.盾構(gòu)機(jī)及其液壓系統(tǒng)介紹2.液壓系統(tǒng)的分類和作用3.液壓系統(tǒng)的組成4.齒輪泵5.軸向柱塞泵6.盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)一、盾構(gòu)機(jī)及其液壓系統(tǒng)介紹1.概述目前國內(nèi)使用的盾構(gòu)主要是引進(jìn)歐洲系列和日本系列的盾構(gòu)，也有一部分是我國生產(chǎn)的盾構(gòu)，它們的設(shè)計(jì)目的和功能一樣。差別較大的地方是在刀盤的驅(qū)動系統(tǒng)上，海瑞克盾構(gòu)是液壓系統(tǒng)驅(qū)動刀盤，所以液壓系統(tǒng)復(fù)雜些，而小松盾構(gòu)和三菱盾構(gòu)用變頻電機(jī)驅(qū)動刀盤，液壓系統(tǒng)僅用于刀盤推進(jìn)、管片拼裝機(jī)、螺旋輸送機(jī)，同步注漿系統(tǒng)。（1）盾構(gòu)液壓系統(tǒng)的作用掘進(jìn)機(jī)屬于大型復(fù)雜的隧道施工機(jī)械，機(jī)上采用三種不同的傳動方式：機(jī)械傳動、液壓傳動和電氣傳動。由于液壓傳動具有體積小、單位功率重量輕、可方便進(jìn)行無級調(diào)速等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此它是當(dāng)今盾構(gòu)機(jī)重要的傳動方式。液壓系統(tǒng)裝機(jī)功率大，元件數(shù)量多，工作壓力高，電控液控關(guān)系復(fù)雜。盾構(gòu)液壓系統(tǒng)的作用(續(xù)）根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的動作重要性，液壓系統(tǒng)的控制可以分三個(gè)層次：(1)第一層次。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)中經(jīng)常執(zhí)行基本動作，即推進(jìn)以及與推進(jìn)相關(guān)的支撐。(2)第二層次。掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過程中有時(shí)需執(zhí)行的基本動作，如調(diào)向、敞開式掘進(jìn)機(jī)機(jī)頭頂護(hù)盾、側(cè)護(hù)盾伸縮等。(3)第三層次。因特殊地質(zhì)情況需實(shí)現(xiàn)的操作，如錨桿件、鋼拱架安裝機(jī)等支護(hù)設(shè)備、刀盤點(diǎn)動裝置、材料調(diào)運(yùn)裝置等。掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)以第一層次的動作需求為要點(diǎn)設(shè)置泵站系統(tǒng)，而第二、三層次附屬中接在第一層次的系統(tǒng)上。（2）液壓系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)由四個(gè)部分組成：(1)動力部分，指液壓泵，其作用是將電動機(jī)或內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液體的壓力勢能；(2)控制部分，包括壓力、流量和方向控制閥等，以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到所要求的運(yùn)動方向、速度、轉(zhuǎn)速、力和力矩；(3)執(zhí)行部分，指液壓缸和液壓馬達(dá)等。它是將液壓勢能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，輸往工作機(jī)構(gòu)；(4)輔助部分，包括油箱、管路、管接頭、蓄能器、濾清器、冷卻器和各種控制儀表等。液壓系統(tǒng)按照液流循環(huán)方式的不同，可以分成開式和閉式系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和控制，其他介質(zhì)系統(tǒng)起輔助作用。液壓系統(tǒng)按從頭部到尾部的順序看有：擴(kuò)挖刀控制液壓系統(tǒng)、刀盤驅(qū)動液壓系統(tǒng)、推進(jìn)液壓系統(tǒng)、螺旋輸送機(jī)液壓系統(tǒng)、拼裝機(jī)液壓系統(tǒng)、液壓輔助系統(tǒng)、過濾器系統(tǒng)。其中用于刀盤驅(qū)動、推進(jìn)、螺旋輸送和管片拼裝的4個(gè)為主要液壓系統(tǒng)。掘進(jìn)機(jī)液壓控制閥盾構(gòu)輔助系統(tǒng)由于盾構(gòu)設(shè)備復(fù)雜，因而從功用上講輔助系統(tǒng)系統(tǒng)較多。包括：人閘系統(tǒng)、水冷卻系統(tǒng)、齒輪油潤滑系統(tǒng)、脂潤滑系統(tǒng)、盾尾密封系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、澎潤土系統(tǒng)、泡沫系統(tǒng)。3.1擴(kuò)挖刀液壓系統(tǒng)

（擴(kuò)挖刀液壓系統(tǒng)原理圖如附圖）擴(kuò)挖刀數(shù)目一般是2個(gè)，沿直徑方向互相對稱布置在刀盤上。擴(kuò)挖刀的作用是開挖大于盾體刀盤直徑的斷面，僅在隧道方向改變階段才被使用，為盾構(gòu)轉(zhuǎn)彎拓出空間。擴(kuò)挖刀刀頭的伸出長度可以通過控制油缸來調(diào)整，最大行程50～65mm，伸出的長度擴(kuò)大了隧道斷面的直徑。在常規(guī)操作期間，只有一個(gè)這樣的刀具能工作，另一個(gè)備用。擴(kuò)挖刀液力站用來給兩個(gè)擴(kuò)挖刀油缸提供動力。單元功率7.5kW、速度1450rpm、最大流量2.9l/min、最大壓力210bar、過濾精度10μm。擴(kuò)挖刀液壓系統(tǒng)由變量泵和電磁比例閥、平衡閥、伸縮油缸組成。系統(tǒng)原理圖比較簡單。驅(qū)動泵的電機(jī)同時(shí)驅(qū)動風(fēng)扇，用來冷卻回油。3.2回轉(zhuǎn)接頭和人閘刀盤在工作狀態(tài)下，擴(kuò)挖刀油缸相對于盾構(gòu)主體是旋轉(zhuǎn)的，擴(kuò)挖刀油缸的通油管路相對于盾構(gòu)主體是固定的。因此在盾構(gòu)主體上和刀盤中間設(shè)計(jì)了回轉(zhuǎn)接頭。回轉(zhuǎn)接頭除了向擴(kuò)挖刀的油缸供油外，還有為刀盤切削面輸入水、氣、泡沫和澎潤土?；剞D(zhuǎn)接頭安裝在土艙密封擋板上，它包括：4條泡沫注射線路；2條為擴(kuò)挖刀油缸供油線路；2條內(nèi)部油脂潤滑線路，用于自身潤滑。人閘人閘(轉(zhuǎn)換人閘)是工作人員和設(shè)備進(jìn)出土艙的通道，通過常氣壓進(jìn)入到高氣壓，返回來時(shí)正好相反。人閘的作用主要是更換磨損或損壞的刀具。人閘的組成：2個(gè)工作人員人閘位于盾體的上部(一個(gè)是主閘，一個(gè)是緊急閘)，1個(gè)操作控制面板位于人閘防護(hù)罩的外部。在整個(gè)人閘被使用期間，應(yīng)由一個(gè)人閘監(jiān)督員站在外面和人閘的前面來監(jiān)視人閘的使用情況。人閘包括所有必需品、必需的補(bǔ)給設(shè)備和壓縮空氣、照明及通訊(1個(gè)電話、1個(gè)對講機(jī)和聲力電話)的控制。它們也能夠安裝氧基減壓設(shè)備(外圍的)。主閘室可容納3個(gè)人，緊急閘室可容納2個(gè)人。在3bar壓力下土艙內(nèi)最大空氣流量400Nm3/h。人閘系統(tǒng)的原理圖如附所示。3刀盤驅(qū)動液壓系統(tǒng)歐系盾構(gòu)刀盤驅(qū)動是采用液壓馬達(dá)系統(tǒng)。驅(qū)動泵為雙聯(lián)泵，整個(gè)系統(tǒng)采用閉式傳動方式。驅(qū)動泵的輔泵除了為主泵補(bǔ)油外還作為主泵變量機(jī)構(gòu)的控制油源。變量馬達(dá)的控制油源由單獨(dú)的控制泵提供。馬達(dá)驅(qū)動的目的是為了從刀盤到盾體傳遞載荷、驅(qū)動刀頭旋轉(zhuǎn)、傳遞挖掘需要的扭矩。刀盤的旋轉(zhuǎn)是由8個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動一個(gè)和刀盤支撐環(huán)一體的齒圈來實(shí)現(xiàn)的?？勺兯亳R達(dá)的控制是由變量液壓泵來實(shí)現(xiàn)的。單元功率315kW、速度1480rpm、可變流量0～516l/min、運(yùn)行壓力320/370bar。刀盤驅(qū)動系統(tǒng)主要由2個(gè)315kW泵站、8個(gè)液壓馬達(dá)、8個(gè)變速器、主軸承、補(bǔ)油系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)等組成，系統(tǒng)原理圖如附圖所示。泵站驅(qū)動液壓泵站由兩臺315kW電動機(jī)驅(qū)動兩臺力士樂A4VSG750HD1/22R雙向變量泵合流供油。由一臺37kW電機(jī)驅(qū)動型號為SNS660ER的螺桿式定量泵對閉式回路進(jìn)行補(bǔ)油。同時(shí)，由電機(jī)驅(qū)動的型號為A10VO28DFLR/31R伺服變量泵提供先導(dǎo)油等。系統(tǒng)控制方式為閉路。液壓泵的形式為HD控制方式：即液壓泵根據(jù)先導(dǎo)壓力的變化自動調(diào)整其斜盤角度以便適應(yīng)不同的工況。液壓馬達(dá)本系統(tǒng)采用的是型號為A6VM500HA1型全自動控制無級變速高壓馬達(dá)。該馬達(dá)按照工作壓力的變化自動調(diào)整斜盤角度，從而實(shí)現(xiàn)無級變速。石家莊鐵道學(xué)院Shijiazhuangrailwayinstitute

攪拌棒某刀盤主驅(qū)動主軸承刀盤驅(qū)動系統(tǒng)示意圖刀盤攪拌結(jié)構(gòu)①馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)為了克服盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中的滾動現(xiàn)象(當(dāng)主油泵斜盤角度不能根據(jù)外界阻力變化而改變時(shí)，刀盤即會出現(xiàn)滾動現(xiàn)象)，必須通過液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)掘進(jìn)來進(jìn)行調(diào)整。通過改變主油泵的斜盤方向來實(shí)現(xiàn)。②馬達(dá)的制動與解除(1)馬達(dá)制動當(dāng)需要進(jìn)入馬達(dá)制動工況時(shí)，控制油不能進(jìn)入馬達(dá)制動器，同時(shí)馬達(dá)制動油缸有桿腔接回油箱，馬達(dá)制動油缸的活塞在彈簧的作用下伸出，將馬達(dá)制動。蓄能器的作用是在馬達(dá)制動時(shí)壓力油一路進(jìn)入馬達(dá)制動器有桿腔，一路經(jīng)0.3mm的節(jié)流口流回油箱，由于有節(jié)流口的作用，使得馬達(dá)制動器油缸有桿腔的壓力緩慢下降，馬達(dá)緩慢制動。(2)解除制動當(dāng)制動器控制閥通電，控制油經(jīng)伺服泵、濾清器、調(diào)速閥、減壓閥、二位二通電磁閥進(jìn)入馬達(dá)的制動器油缸有桿腔，油缸收回，制動解除。③馬達(dá)低速擋位調(diào)節(jié)如前所述，刀盤驅(qū)動馬達(dá)為A6VM500HA1無級變速型。如根據(jù)地質(zhì)情況需要刀盤一直在低速情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，也可使用擋位控制閥來實(shí)現(xiàn)。其工作原理如下：當(dāng)擋位控制閥12.2(圖1中左側(cè)一個(gè))得電，二位二通電磁閥12.2處于左位，控制油經(jīng)伺服泵、濾清器245、調(diào)速閥12.1、減壓閥12.3、二位二通電磁閥12.2進(jìn)入馬達(dá)的斜盤控制液動閥的左端，將閥芯推至左位，馬達(dá)進(jìn)口或出口的壓力油一路經(jīng)單向閥、斜盤控制液動閥左位進(jìn)入馬達(dá)斜盤油缸的無桿腔；一路經(jīng)單向閥進(jìn)入馬達(dá)斜盤油缸的有桿腔，馬達(dá)斜盤實(shí)現(xiàn)差動，馬達(dá)一直處于低速擋。④刀盤掘進(jìn)工況(1)正常掘進(jìn)(二位三通電磁換向閥215處于下位)當(dāng)二位三通手動換向閥215處于下位時(shí)，主液壓泵先導(dǎo)控制油到達(dá)溢流閥217當(dāng)系統(tǒng)壓力超過溢流閥調(diào)定壓力時(shí)，上溢流閥打開，油泵控制先導(dǎo)油壓力由溢流閥(14bar)進(jìn)行控制，泵的斜盤根據(jù)先導(dǎo)壓力的變化自動調(diào)節(jié)。(2)刀盤脫困(二位三通電磁換向閥215處于上位)當(dāng)二位三通電磁換向閥215處于上位時(shí)，主油泵先導(dǎo)控制油與上同路到達(dá)溢流閥217。當(dāng)?shù)侗P脫困液壓系統(tǒng)系統(tǒng)壓力超過下溢流閥調(diào)定壓力時(shí)，下溢流閥打開泵的斜盤根據(jù)先導(dǎo)壓力的變化自動調(diào)節(jié)。驅(qū)動單元由一個(gè)潤滑回路來潤滑。密封部分采用集中潤滑注脂方式。軸承用5排密封和土艙隔離開來。潤滑系統(tǒng)向密封排的間隙注射潤滑油來使它們不和渣土接觸。減速齒輪用工業(yè)水回路來冷卻，齒輪的潤滑采用油浴強(qiáng)制潤滑方式。密封能夠在高溫事故中使用緊急回路系統(tǒng)來冷卻。在系統(tǒng)原理圖中，第6號馬達(dá)帶有剎車器，同時(shí)配有行程開關(guān)，如果225號控制泵油壓不足使剎車器處于閉鎖狀態(tài)，則變量泵的輸出流量為零3.4推進(jìn)系統(tǒng)盾構(gòu)是依靠液壓缸的推力向前推進(jìn)的，其前進(jìn)方向和姿態(tài)是靠液壓缸的協(xié)調(diào)動作實(shí)現(xiàn)的。液壓缸的精確控制是保證盾構(gòu)沿著設(shè)計(jì)的路線方向準(zhǔn)確地向前推進(jìn)的前提。在實(shí)際應(yīng)用中，由于地質(zhì)土層的復(fù)雜性和施工過程中諸多不可預(yù)見因素的作用，使盾構(gòu)推進(jìn)控制變得非常復(fù)雜。盾構(gòu)推進(jìn)還與地層擾動和地面沉降等有關(guān)，與推進(jìn)工況參數(shù)諸如土體應(yīng)力、含水量、孔隙水壓力、彈性模量、泊松比、強(qiáng)度和承載力等巖土力學(xué)參數(shù)相關(guān)。推進(jìn)控制不當(dāng)會引發(fā)地面沉降，造成周圍建筑物開裂甚至倒塌及鄰近管線斷裂破損一等環(huán)境災(zāi)害。推進(jìn)系統(tǒng)盾構(gòu)在地下工作，掘進(jìn)過程中會受到土層的各種阻力，為確保盾構(gòu)能夠正常掘進(jìn)，首先必須由推進(jìn)系統(tǒng)克服推進(jìn)過程中所遇的各種阻力。盾構(gòu)推進(jìn)動力傳遞和控制系統(tǒng)具有大功率、變負(fù)載、空間狹窄、環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，一般都采用液壓系統(tǒng)，由推進(jìn)液壓缸、液壓泵、液壓閥件及液壓管路等組成。推進(jìn)液壓缸安裝在密封倉隔板后部，沿盾體周向均勻分布，是推進(jìn)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由設(shè)在盾構(gòu)后部的液壓泵提供高壓油，通過各類液壓閥的控制實(shí)現(xiàn)各種功能。在掘進(jìn)施工中，盾構(gòu)需要按照指定的路線軌跡做軸向前進(jìn)，因此刀盤或刀架的精確進(jìn)刀與對刀是非常重要的，而被切削的地質(zhì)比較復(fù)雜，整個(gè)盾構(gòu)盾體受到地層的阻力往往不均，使盾構(gòu)的掘進(jìn)方向發(fā)生偏離，這時(shí)就需要通過協(xié)調(diào)精確控制推進(jìn)液壓缸來實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)的糾偏，達(dá)到盾構(gòu)沿設(shè)計(jì)路線軌跡推進(jìn)的目的。另外，盾構(gòu)進(jìn)行曲線推進(jìn)時(shí)，有時(shí)要前傾、有時(shí)要后仰、有時(shí)要左右擺動或向其復(fù)合方向上的掘進(jìn)，這也需要通過協(xié)調(diào)，精確控制液壓缸來實(shí)現(xiàn)。由于一般的推進(jìn)系統(tǒng)液壓缸數(shù)量比較多，每個(gè)液壓缸都進(jìn)行單獨(dú)控制，成本高，控制較為復(fù)雜，為此，可采用分組控制，即將為數(shù)眾多的推進(jìn)液壓缸按圓周均勻分成幾組，分別對每組推進(jìn)液壓缸進(jìn)行控制。這樣既可以節(jié)約成本、減少控制復(fù)雜程度，又可以達(dá)到盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整、糾偏、精確控制的目的。海瑞克的某盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)缸的分布和分組如圖3.5所示。液壓缸的數(shù)目為32個(gè)，分為4組。不選擇時(shí)，也以可低壓同步來測量油缸速度和行程，并顯示在操作盤上。盾構(gòu)機(jī)主推力系統(tǒng)的作用是保證向前運(yùn)動。推力油缸也用來使管片保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。盾?gòu)機(jī)推力是由10對分布在4個(gè)環(huán)帶周圍的油缸來保證的。油缸推力通過10個(gè)襯墊傳遞給后盾體內(nèi)周裝有32根(行程2100mm)推進(jìn)油缸。在活塞桿后端，裝有靴撐，以防止因集中負(fù)荷造成的管片變形、破損。5號、17號、22號油缸兼做計(jì)測油缸，既便管片，一對油缸共享一個(gè)襯墊。油缸安裝有行程傳感器，傳感器即時(shí)測量盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)的進(jìn)程，信息在控制室被顯示出來。油缸由兩個(gè)被放置在后配套車上的單元泵提供動力。推力控制面板安裝在位于后盾的一個(gè)柜子上。推力油缸有2種液壓操作狀態(tài)：“低壓”或“建環(huán)”狀態(tài)在管片布置期間使用。在這種狀態(tài)下，襯墊的壓力減小，有足夠的壓力保證管片安全的安裝，在兩環(huán)之間的密封被壓緊。在“低壓”狀態(tài)下，盾構(gòu)機(jī)不前進(jìn)?！案邏骸被颉熬蜻M(jìn)”狀態(tài)在盾構(gòu)機(jī)向前運(yùn)動時(shí)使用。在這種狀態(tài)下，襯墊處在“高壓”下。高壓在管片上產(chǎn)生推力。在挖掘模式下系統(tǒng)壓力為340bar時(shí)，最大前進(jìn)速度80mm/min、最大推力36100kN。每個(gè)油缸的最大推力1805kN。調(diào)整壓力4組、管片安裝模式下：伸長速度(4油缸)2m/min、收回速度(4油缸)3m/min推進(jìn)油缸的柱塞端安裝在壓力倉壁上，在活塞桿端由一個(gè)橡膠軸承支撐。推進(jìn)油缸的撐靴作用于由5+1塊管片砌成的管片環(huán)上。推進(jìn)油缸可以單獨(dú)控制或者分成4組由流量和壓力控制來推進(jìn)和轉(zhuǎn)向。在掘進(jìn)模式下，推力油缸總共合并成4組，每個(gè)組配備一個(gè)行程測量系統(tǒng)，以便在受控制的方式下驅(qū)動掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)入土中。借助于安裝的操作元件，操作員可以控制每個(gè)油缸組的壓力和所有油缸的流量。為了建造一個(gè)管片環(huán)，首先停止掘進(jìn)，然后必須通過按鈕“ringbuilding(建環(huán))”把操作狀態(tài)改為建環(huán)，以便把控制輸送到移動式面板。當(dāng)激活該模式時(shí)，所有的成對油缸可以獨(dú)立運(yùn)動。在建環(huán)模式下，進(jìn)行管片安裝所需數(shù)目的油缸對相應(yīng)地回縮。其余的油缸對一方面避免由于土壓而使盾構(gòu)作后退運(yùn)動，另一方面，它們也保護(hù)已經(jīng)安裝的管片。推力分配機(jī)器前進(jìn)的方向由加載在管片環(huán)上的推力分布決定的。為了使機(jī)器保持一個(gè)筆直的軌跡，推力必須遠(yuǎn)離中心，接近盾構(gòu)機(jī)的底部。推力遠(yuǎn)離中心的范圍依賴于機(jī)器的幾何結(jié)構(gòu)。在機(jī)器前部的土壤的反作用方式土壓。土地邊緣的摩擦系數(shù)。一旦達(dá)到了這種平衡，稍微的改變推力點(diǎn)是必要的，使機(jī)器按著要求的方向前進(jìn)。泵的壓力必須比各部分的要稍高一些。每部分都可以靠在控制室控制的減壓閥來獨(dú)立設(shè)置。在前環(huán)設(shè)置的基礎(chǔ)上為每4個(gè)環(huán)帶選擇一個(gè)壓力。這個(gè)壓力設(shè)置決定這部分油缸的最大壓力。如果與顯示的總推力值相比土壤的反作用力太大的話，泵的輸出都進(jìn)到罐里，機(jī)器不向前運(yùn)動。如果與顯示的總推力值相比土壤的反作用力不是太大的話，油缸內(nèi)的有效壓力將和土壤的反作用力在設(shè)定值下面的某個(gè)值上維持平衡。不同環(huán)帶的壓力分配和顯示的壓力不同時(shí)，不允許在正確的方向上驅(qū)動機(jī)器。理想狀態(tài)是達(dá)到平衡，所以每部分的有效壓力和顯示值是相同的。挖掘幾厘米后，調(diào)整全套液壓缸的壓力分配，是機(jī)器前進(jìn)的方向和導(dǎo)向系統(tǒng)指示的方向保持一致。如果盾構(gòu)機(jī)相對理論軌跡偏下了，增大下部油缸的壓力并減小上部油缸與之等值壓力。如果盾構(gòu)機(jī)偏左，則增大左側(cè)油缸的壓力并減小右側(cè)油缸與之等值壓力推力油缸伸展，前進(jìn)速度由平均伸展來計(jì)算，4個(gè)油缸的速度和運(yùn)動傳感器相適應(yīng)，5號油缸，10號油缸，15號油缸和20號油缸。如果4個(gè)油缸中的一個(gè)或幾個(gè)沒被選擇，在顯示單元上速度值將自動糾正。在主監(jiān)視屏上平均伸展以mm為單位，速度以mm/min為單位。在第二個(gè)主監(jiān)視屏上伸展和速度被細(xì)化。選擇推力值必須提供需平衡的防水壁(在高的土壓傳感器上讀數(shù))上的壓力。應(yīng)用到刀盤外表面的壓力差。頭部的機(jī)械支撐。土壤給盾體的摩擦力。操作者能夠通過調(diào)整機(jī)器的前進(jìn)速度或挖掘速度中的任意一個(gè)來改變推力值。盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足以下功能要求：為盾構(gòu)前進(jìn)提供足夠的動力；控制盾構(gòu)的前進(jìn)速度，與出渣速度相配合，實(shí)現(xiàn)土壓平衡狀態(tài)；能夠控制盾構(gòu)的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)的糾偏及轉(zhuǎn)向要求；適應(yīng)管片的尺寸及操作要求；從整體角度考慮，滿足盾構(gòu)的總體功能設(shè)計(jì)、綜合施工作業(yè)要求。盾構(gòu)的推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括確定盾構(gòu)的推力；推進(jìn)油缸的規(guī)格參數(shù)、外形尺寸和數(shù)量的計(jì)算；推進(jìn)油缸的布置方式；推進(jìn)油缸的控制。對于如盾構(gòu)的推力等主要技術(shù)參數(shù)的確定要基于具體的工程地質(zhì)條件和隧道管片的設(shè)計(jì)。具體計(jì)算內(nèi)容見2.1.12節(jié)。3.5螺旋輸送機(jī)土壓平衡式(簡稱EPB式)盾構(gòu)機(jī)特別適用于低滲水性的粘土、亞粘土或淤泥質(zhì)的混合土質(zhì)。為了防止地表的隆陷，隧道開挖面由刀盤挖出的渣土來支撐。為了使其成為支撐介質(zhì)，挖出的渣土應(yīng)具有以下特性:高的可塑性、具有流動性，密度低、低的內(nèi)摩擦、低的滲水性。一般來說，如果開挖出來的泥土不經(jīng)處理不具有以上的特性的話，我們可以采用如下方案解決:一、在支撐上體中加入一些添加劑，如膨潤土和泡沫；二、如果對土體特性不滿意，那么可以預(yù)先定好土體改良措施，然后交付現(xiàn)場執(zhí)行。土壓平衡盾構(gòu)是在機(jī)械式盾構(gòu)的前部設(shè)置隔板，在刀盤的旋轉(zhuǎn)作用下，刀具切削開挖面的泥土，破碎的泥土通過刀盤開口進(jìn)入土倉，使土倉和排土用的螺旋輸送機(jī)內(nèi)充滿切削下來的泥土，依靠盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏νㄟ^隔板給土倉內(nèi)的土碴加壓，使土壓作用于開挖面以平衡開挖面的水土壓力。螺旋從土艙拾取廢料，它由可變速的液壓馬達(dá)驅(qū)動，為了使土艙內(nèi)的土壓保持恒定，螺旋的可變速度與螺旋輸送機(jī)卸料門的開度相配合控制廢料的輸出速度。液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)是由位于后配套車上的泵站來驅(qū)動的。螺旋輸送機(jī)的作用是從土艙取出廢料并把廢料傾倒在位于連接橋上的皮帶輸送機(jī)上。螺旋輸送機(jī)主要由螺桿、筒體、驅(qū)動部及排土口構(gòu)成，筒體由盾構(gòu)本體土艙隔壁下部及螺旋機(jī)拉桿支撐。本體土艙隔壁下部的取土口、筒體后部的排土口處，配備有由液壓油缸調(diào)節(jié)開度的閘門，另外配備有螺旋機(jī)抽出油缸，可進(jìn)行螺旋機(jī)向后抽出的操作。盾構(gòu)在土壓平衡工作狀態(tài)下，刀盤開挖下來的土渣充滿土艙，在推進(jìn)油缸的推力作用下，通過土艙隔板進(jìn)行加壓，產(chǎn)生土壓，土壓作用于整個(gè)開挖面，抵抗開挖面的土壓和水壓，使開挖面保持穩(wěn)定。因此，土壓倉內(nèi)的土壓的控制是保證開挖面穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。土艙內(nèi)土壓是通過安裝在土艙隔板上分布在不同位置的土壓傳感器進(jìn)行測量的，通過對土艙內(nèi)土壓的測量從而獲取開挖面穩(wěn)定控制所需的信息。土艙內(nèi)土壓的控制可通過控制開挖量、排渣量、推力和推進(jìn)速度來實(shí)現(xiàn)，在保持開挖量、排渣量一定的情況下，通過控制推進(jìn)油缸的推力和推進(jìn)速度來調(diào)節(jié)土艙內(nèi)的土壓，推進(jìn)速度加快，則土艙內(nèi)的土壓上升，反之則下降，從而使土壓倉內(nèi)的土壓與開挖面的土壓和水壓相平衡，保證開挖面的穩(wěn)定。在推進(jìn)油缸上安裝速度傳感器，連續(xù)地調(diào)整推進(jìn)油缸的推進(jìn)速度，土艙內(nèi)的土壓可隨改變盾構(gòu)千斤頂?shù)耐七M(jìn)速度而增減土艙內(nèi)廢料輸出系統(tǒng)要使土艙內(nèi)維持一個(gè)限制壓力值，從嚴(yán)格意義上來講，盾構(gòu)內(nèi)的泥土從隧道開挖面開始到土艙、再到螺旋輸送機(jī)出口，這也是一個(gè)流體介質(zhì)傳動控制過程。切削下來的土壤在底部被螺旋輸送機(jī)運(yùn)走。在挖掘開始時(shí)螺旋輸送機(jī)不工作。土艙被由土、地下水或者外加的水和泡沫混合物充滿，這個(gè)混合物被刀頭攪動。當(dāng)開始挖掘時(shí)，混合物的壓力升高，當(dāng)達(dá)到期望的土壓值時(shí)，啟動螺旋輸送機(jī)，調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度，以使螺旋輸送機(jī)混合物(土+泡沫+水)輸出的流量和進(jìn)入土艙里的流量平衡。在輸送機(jī)的入口和出口之間，土對管道和螺旋輸送機(jī)螺旋軸上的摩擦保持不同的壓力。當(dāng)這個(gè)壓力達(dá)到運(yùn)行值時(shí)，在土艙內(nèi)壓力值必須保持常數(shù)，操作員必須排出聚集在土艙頂部的壓縮空氣。在挖掘模式下，螺旋的旋轉(zhuǎn)速度依照土壤傳感器壓力讀值來調(diào)整。如果另一個(gè)操作變量被修改，如推力或注入體積，螺旋的速度必須和壓力值保持常數(shù)相適應(yīng)。在泥土的輸送過程需要保持土壓和開挖面的壓力相平衡。這種用泥土壓力來平衡保持開挖面土壓的方式就稱為土壓平衡。隧洞開挖面與盾構(gòu)之間的保護(hù)板即在盾構(gòu)前體上裝有承壓隔板，將土艙與后構(gòu)體內(nèi)的常壓空間隔，隔板的設(shè)計(jì)能力是能夠承受3bar的工作壓力。在刀盤和盾體之間的空間叫做“土艙”。它的功能是接受和保證被挖掘下來的廢料充分混合。當(dāng)土艙受到限制壓力的影響時(shí)，它被一塊密封的防水擋板與盾體隔開，通過人閘與盾體連通。這個(gè)防水擋板上安裝有4個(gè)土壓傳感器被對稱的布置在垂軸的兩側(cè)。確保必需品，如水、泡沫、壓縮空氣、電等，能夠通過的壓力密封管道。給土艙加壓的空氣管道。在螺旋輸送機(jī)出土過程中，通過關(guān)閉卸渣口可以迅速有效地阻止水進(jìn)入隧道。螺旋輸送機(jī)卸渣口的門在斷電時(shí)可以自動關(guān)閉。土體從旋轉(zhuǎn)刀盤上的刀具切削下來，通過刀盤開口擠入土艙，與土艙內(nèi)已有的可塑土混合。推進(jìn)油缸的壓力通過艙壁傳給土艙內(nèi)土體，從而保證開挖面的穩(wěn)定，避免開挖面的土涌入土艙。當(dāng)土艙內(nèi)的土體不能再被土壓力和水壓力壓緊時(shí)，就達(dá)到了土壓平衡，這時(shí)開挖面的土壓約等于上艙中土體的壓力。當(dāng)土艙中土體的壓力增加至超過平衡時(shí)的土壓時(shí)，土艙中土體就會壓緊開挖后的土體，這會導(dǎo)致后構(gòu)前方的地面隆起。當(dāng)土艙中的土體壓力小于平衡土壓時(shí)，通常會引起地面下沉。土體的壓力主要受下列因素綜合影響:盾構(gòu)的掘進(jìn)速度，開挖土量，土體改性添加劑，螺旋輸送機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，螺旋輸送機(jī)卸料門的開啟度。安裝在土艙中不同水平位置上的土壓傳感器，可以將土艙中的土壓力和支撐壓力傳給控制室并顯示出來，開挖面的壓力在掘進(jìn)時(shí)就會得控制，在盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過的地方上面既不會沉降也不會隆起。螺旋輸送機(jī)參數(shù)特性：理論流量270m3/h、螺旋內(nèi)徑700mm、螺旋桿徑178mm、節(jié)距數(shù)量16、間距560mm可變速度0to25rpm、速度控制通過感應(yīng)傳感器與控制器連接。最大土壓3bar、裝有1個(gè)土壓傳感器。最大扭矩(實(shí)際效率)78.8kNm上到14rpm、變速箱速比5.25、螺旋輸送機(jī)重量(帶支撐)13.5t。驅(qū)動馬達(dá)：最大速度25rpm、最大馬達(dá)扭矩16.8kNm、液壓動力單元：功率160kW、速度1480rpm、可變流量0to370l/min、運(yùn)行壓力270bar。螺旋回縮液壓缸：數(shù)量2、活塞直徑125mm、桿徑80mm、行程1070mm、回縮總的最大力613kN、伸展總的最大力362kN、運(yùn)行壓力250bar、這些油缸由位于后配套車上的泵站來驅(qū)動。在螺旋罩和盾體之間由尾部密封油脂泵提供的潤滑油脂來密封。油脂由安裝在后配套車上的變流量氣動泵來運(yùn)送。螺旋輸送桿：在螺旋的表面安裝有耐磨部件。耐磨部件很容易通過移動門來進(jìn)行更換。螺旋輸送機(jī)安全門是為了在維護(hù)螺旋罩或發(fā)生大量水流入的情況下，把土艙和盾構(gòu)機(jī)的其余部分隔開。位于土艙較低的部位，它的打開和關(guān)閉由2個(gè)液壓缸來完成，液壓缸由位于后配套車中門架車2上的泵站來驅(qū)動。這個(gè)門由2個(gè)閘板組成，螺旋一收回，閘板就關(guān)閉螺旋輸送機(jī)安全門。在每個(gè)閘板上的裝有開/關(guān)傳感器，將信號送到PLC控制器。螺旋輸送機(jī)卸料門的作用是將廢料被從螺旋輸送機(jī)上卸下來，通過一個(gè)有比例動作的門，它調(diào)節(jié)土壓并隔離土艙，位于罩殼的末端，它用2個(gè)液壓缸打開和關(guān)閉，液壓缸由位于后配套車上的液壓泵來驅(qū)動。當(dāng)發(fā)生電氣故障時(shí)，液壓蓄能器提供緊急關(guān)閉。在監(jiān)督屏上，可監(jiān)視螺旋機(jī)的工作參數(shù)。螺旋門能夠把螺旋罩和大氣壓力隔離，或者能夠調(diào)節(jié)螺旋罩內(nèi)部的壓力(如果材料是液態(tài)化的)。門的移動由液壓缸來實(shí)現(xiàn)(行程700mm)，推動力來源于PU或在緊急情況下(電氣故障)來源于1個(gè)液壓蓄能器。液壓泵啟動使蓄能器被充滿。當(dāng)蓄能器壓力達(dá)到240bar以上時(shí)，才允許門的移動和螺旋旋轉(zhuǎn)的啟動。在門移動期間，測量壓力，當(dāng)壓力低于200bar時(shí)，有警報(bào)顯示。當(dāng)壓力低于165bar時(shí)，有故障顯示。螺旋輸送機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖如圖3.6所示。液壓系統(tǒng)分為泵馬達(dá)回路、后料門控制回路、前料門控制回路、伸縮門控制回路，分別由兩個(gè)液壓油源供油；另一油源從盾構(gòu)輔助系統(tǒng)引入，其在圖中未標(biāo)出。泵馬達(dá)回路：采用變量泵變量馬達(dá)容積調(diào)速閉式系統(tǒng)，其中液壓油源自帶補(bǔ)油泵，以補(bǔ)充回路中的泄漏和對閉式回路進(jìn)行冷卻。用比例閥控制變量泵的排量。在未達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，液壓馬達(dá)處于最小排量處，達(dá)到設(shè)定壓力后，馬達(dá)排量不變(保持為最大排量)，此時(shí)可作為定量馬達(dá)考慮，故此時(shí)只能靠調(diào)節(jié)泵的排量來改變馬達(dá)轉(zhuǎn)速。液壓馬達(dá)上裝有轉(zhuǎn)速傳感器，可以對螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確測控；液壓馬達(dá)的泄漏油管裝有溫度傳感器，監(jiān)控油溫情況。馬達(dá)上有背壓閥和液控方向閥，可進(jìn)行液壓馬達(dá)的沖洗和冷卻。另外，還可實(shí)現(xiàn)對螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速及螺旋輸送機(jī)螺桿伸縮的遠(yuǎn)程控制。后料門控制回路：油液經(jīng)減壓閥、三位四通電磁換向閥的左位、液壓鎖進(jìn)入液壓缸無桿腔，打開后料門；若切換到換向閥右位可關(guān)閉后料門。前料門控制回路和伸縮控制回路基本相似。由溢流閥設(shè)定回路最高壓力，工作過程同后料門控制回路。3.6管片安裝機(jī)盾構(gòu)在挖掘一節(jié)管片距離后，管片安裝機(jī)允許安裝管片。管片環(huán)構(gòu)成：5個(gè)管片加1個(gè)鍵型管片。管片內(nèi)表面直徑(環(huán)的內(nèi)徑)5400mm、環(huán)狀管片寬度1500mm、最大管片重量60kN。管片安裝機(jī)液壓系統(tǒng)的原理圖如圖3.7所示。管片安裝機(jī)的作用是拾起、搬運(yùn)和安置管片使之形成環(huán)狀。管片由管片運(yùn)輸平臺和管片臺車從后配套車運(yùn)到安裝機(jī)處。管片安裝機(jī)由2個(gè)主要部件組成：旋轉(zhuǎn)/提升部件(2個(gè)自由度)，管片夾緊平臺部件(4個(gè)自由度)。這兩個(gè)部件由回轉(zhuǎn)軸(轉(zhuǎn)子)支撐。這個(gè)回轉(zhuǎn)軸被裝配在通過軸承中心的管片安裝機(jī)的固定框架(定子)上。這個(gè)轉(zhuǎn)子通過液壓變速箱來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，小齒輪和齒圈固定在管片安裝機(jī)定子上(旋轉(zhuǎn)通過行程探測器限定在±220°以內(nèi))。當(dāng)管片安裝時(shí)，旋轉(zhuǎn)部件提供壓緊管片密封要求的等量轉(zhuǎn)矩。用一個(gè)由兩個(gè)導(dǎo)向柱控制方向的支架把夾緊平臺安裝在轉(zhuǎn)子上，在2個(gè)液壓油缸的推動下移動。一個(gè)平移油缸推動夾緊平臺，通過固定在轉(zhuǎn)子上的兩個(gè)水平導(dǎo)向軌在軸向移動。夾緊系統(tǒng)和平臺是一個(gè)整體。管片在環(huán)中的位置是提前定義好的，它的最終位置是靠3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度來保證的。管片的旋轉(zhuǎn)是用1個(gè)或2個(gè)液壓馬達(dá)來完成的。傾卸臺有三個(gè)支撐點(diǎn)(旋轉(zhuǎn)和傾斜)，由三個(gè)位于夾緊平臺兩邊和平臺旋轉(zhuǎn)中心的平衡液壓油缸來實(shí)現(xiàn)支撐。這三個(gè)油缸形成了一個(gè)三角形并能夠獨(dú)立操作，一個(gè)油缸的伸縮會導(dǎo)致管片相對其它兩個(gè)油缸支撐點(diǎn)的傾斜。旋轉(zhuǎn)的速度是可變的。提升有兩個(gè)速度。其它的運(yùn)動還有加速和減速傾斜。所有的運(yùn)動都由一個(gè)位于后配套車上的泵站來驅(qū)動。液壓缸桿的伸縮由多通道的電磁閥來實(shí)現(xiàn)。管片安裝機(jī)的運(yùn)動都用一個(gè)無線電控制系統(tǒng)或一個(gè)位于連接橋上的固定面板來控制。管片安裝機(jī)控制面板被安裝在位于后盾的一個(gè)柜子上。管片安裝模式①管片安裝自動模式（用無線電遙控）。②管片安裝手動模式（用就地控制面板控制）通用模式是自動。只有在無線電遙控不工作了或管片安裝不合適的情況下才使用手動模式。管片機(jī)的機(jī)械抓卡由100mm行程的油缸來實(shí)現(xiàn)。管片安裝機(jī)的旋轉(zhuǎn)由液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)，其動力來源于45kW的液壓泵。這個(gè)動作是從0rpm到2rpm成比例的。預(yù)設(shè)2個(gè)不同的最大旋轉(zhuǎn)壓力。管片安裝機(jī)能從–220°轉(zhuǎn)到+220°。旋轉(zhuǎn)由絕對編碼器來控制。在無線電控制盒上移動右側(cè)的操縱桿在“左(為CW旋轉(zhuǎn))”或“右(為CCW旋轉(zhuǎn))”方向。旋轉(zhuǎn)的速度和操縱桿的行程成比例的。在監(jiān)督屏上，駕駛員能檢查管片安裝機(jī)的實(shí)際位置。管片安裝機(jī)平臺的提升由2個(gè)油缸來實(shí)現(xiàn)?？刂瞥绦蛟跓o線電控制盒上或在固定的就地面板上移動右側(cè)操縱桿進(jìn)“上(出動作)或下(進(jìn)動作)”方向。移動的速度設(shè)置到操縱桿的2個(gè)位置(中和大)。日系的管片機(jī)構(gòu)造由回轉(zhuǎn)環(huán)、升降機(jī)架、拼裝機(jī)頭、導(dǎo)向輪及防傾側(cè)輥等構(gòu)成。結(jié)構(gòu)圖如圖2.26所示。主機(jī)的回轉(zhuǎn)由液壓馬達(dá)驅(qū)動；升降、滑動、止偏、挾持由液壓油缸驅(qū)動。操作通過無線操作或有線的吊式操作箱的按鈕開關(guān)進(jìn)行。管片安裝機(jī)平臺的平衡由3個(gè)液壓缸來實(shí)現(xiàn)，其動力來源于45kW液壓泵。其中的一個(gè)叫做后平衡液壓缸(中后平衡)和其它的2個(gè)叫前平衡液壓缸(右和左)。管片安裝機(jī)平臺能夠通過三個(gè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)平面的方法設(shè)置管片在空中的位置。這三個(gè)點(diǎn)能夠單獨(dú)調(diào)整。平衡油缸用來旋轉(zhuǎn)管片，環(huán)繞著軸線運(yùn)動，其軸線是和盾構(gòu)機(jī)的軸線平行和管片安裝機(jī)的半徑垂直的。管片拼裝循環(huán)：在掘進(jìn)過程中要安裝的管片由管片運(yùn)輸機(jī)車運(yùn)送過來，放置在管片輸送小車上。隨著盾構(gòu)機(jī)的向前掘進(jìn)，在已裝好的前一環(huán)管片的外表面與周圍土體(刀盤開挖直徑)之問形成間隙；因此該間隙要注入砂漿進(jìn)行填充。換句話說，如果周圍的泥上充填了這間隙，地面就會導(dǎo)致沉陷。在完成掘進(jìn)循環(huán)后，一部分推迸油缸回縮，為第一塊要拼裝的管片留出足夠的空間。其余推進(jìn)油缸和先前拼裝好的管片仍保持接觸，以防止盾構(gòu)機(jī)由于土壓力而后退。管片安裝器抓起管片并將其放在應(yīng)放的位置，在此位置它可以和前一管片用螺栓連接起來。在管片安裝器夾頭放開管片之前，一定要保證已回縮的推進(jìn)油缸再次頂緊管片，以防止管片意外移動。其余管片的安裝方法與此相同，直至完成整個(gè)管片環(huán)。同一環(huán)的各管片之間的密封是通過擠壓可壓縮式密封來獲得。當(dāng)管片安裝機(jī)安裝管片時(shí)產(chǎn)生擠壓。每個(gè)環(huán)之間的密封是通過擠壓可壓縮式密封來完成的，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)時(shí)，通過推力油缸使密封被擠壓。每個(gè)環(huán)之間的密封是通過擠壓可壓縮式密封來完成的，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)時(shí)，通過推力油缸使密封被擠壓。隧洞參數(shù)，及混凝土管片的設(shè)計(jì)4軌道延伸每延伸6m鋪一次軌道。若機(jī)器向前行進(jìn)6m，拖車1就有6m的可用空間鋪設(shè)新的6m軌道，保護(hù)機(jī)構(gòu)必須移動。3.7鉸接盾構(gòu)機(jī)可適應(yīng)的坡度為最大3%，水平轉(zhuǎn)彎半徑最小250m，垂直轉(zhuǎn)彎半徑1000m。為方便盾構(gòu)轉(zhuǎn)彎，整個(gè)盾體做成前后盾結(jié)構(gòu)，之間用鉸接油缸連接。鉸接由鉸接油缸、行程傳感器、2排密封、密封片等組成。這個(gè)設(shè)備通過液壓旋轉(zhuǎn)裝置把后盾鉸接到前盾，盾構(gòu)機(jī)通過它可以實(shí)現(xiàn)隧道的轉(zhuǎn)彎。允許后盾相對前盾做鉸接運(yùn)動。鉸接也包括密封和油脂注射。鉸接油缸數(shù)量8、油缸行程170mm、活塞直徑230mm、桿徑75mm、最大推力10400kN、每個(gè)油缸推力1300kN、運(yùn)行壓力350bar、流量50l/min、后盾回收速度170mm/min、最大角1.5°、由液壓泵驅(qū)動功率75kW、速度1475rpm。4個(gè)行進(jìn)傳感器提供后盾相對于前盾的位置。這個(gè)信息被顯示在控制室內(nèi)。系統(tǒng)原理圖如圖3.8所示，該圖為主動鉸接。被動鉸接形式的系統(tǒng)原理圖和推進(jìn)系統(tǒng)的原理圖在一起。鉸接系統(tǒng)有3個(gè)操作模式：1.自由模式：這是鉸接最通用的模式。后盾只是作為一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸承鉸接在前盾后部，隨前盾移動。通過在油缸腔室之間傳遞油來保持后盾的平均位置。系統(tǒng)像機(jī)械膝蓋一樣起作用，油缸腔室內(nèi)的壓力由后盾的拖拽產(chǎn)生。2.放松模式：這種模式允許打開鉸接，通過前盾向前運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)。鉸接油缸被動的伸展；由于推力油缸的動作，前盾向前移動，后盾仍停留在原位。3.盾體回縮模式：這種模式能夠在放松模式之后使用，是為了關(guān)閉鉸接或?yàn)榱烁鼡Q刀具(利用前部壓力)而回縮前盾。各種模式的選擇在主控制面板上：位置選擇器“主推力”必須是在“挖掘”模式并且挖掘已運(yùn)轉(zhuǎn)。讓自我復(fù)位選擇器保持在1位置(鉸接放松)。在相應(yīng)的監(jiān)督畫面上檢查行程傳感器的進(jìn)展，在監(jiān)視屏上可以顯示鉸接的問題和故障，并可直接查看位置。3.12同步注漿回路砂漿在工地地面拌和，用帶有攪拌器的砂漿車(由用戶提供)運(yùn)到盾構(gòu)機(jī)的后配套，一臺轉(zhuǎn)駁泵安裝在砂漿車上，將砂漿從車I轉(zhuǎn)駁到后配套的砂漿罐內(nèi)。砂漿是用緩凝材料來拌和，以防注射前凝固。砂漿泵吸取砂漿井通過流暈儀和壓力傳感器將其泵入盾尾外殼圓周間隙中。壓力傳感器與PLC一起連接，以調(diào)節(jié)砂漿泵的速度，維持環(huán)形空間的壓力在預(yù)定范圍。砂漿通過2個(gè)雙動作砂漿泵(砂漿泵的每個(gè)活塞注射砂漿進(jìn)一條管線)從這個(gè)罐分配到4個(gè)注射管線。每條線安裝了一個(gè)砂漿壓力傳感器，傳感器來計(jì)算背部注漿的體積。砂漿泵由一個(gè)獨(dú)立的液壓單元提供動力源。該泵是數(shù)個(gè)被控油缸的組合。沙漿泵的組成原理圖如圖3.16所示。參數(shù)特性：1.雙活塞泵，泵數(shù)量2。2.油缸容量12.7l(180×500)。3.理論流量2×10m3/h，實(shí)際流量2×7.5m3/h。4.注射點(diǎn)數(shù)量(一般情況和緊急情況)4+4。5.泵壓(一般/最大)30/60bar。6.注射壓力5bar砂漿控制面板被安放在位于門架車2尾部的一個(gè)柜內(nèi)。同步注漿系統(tǒng)的工作原理圖如圖3.18所示。小松注漿系統(tǒng)回路圖如圖3.18所示，與海瑞克的回路稍有不同，從設(shè)置在門架車1號(左)上的漿材箱處,通過一臺泵可注入注漿材。該裝置由攪拌箱、泵、壓力計(jì)、流量計(jì)、注入配管、氣動球閥等構(gòu)成。從注入泵吐出的注材是通過一條管路注入挖盾尾的，容易凝固，需要及時(shí)沖洗該系統(tǒng)。3.17輔助液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)除了驅(qū)動、推進(jìn)等為盾構(gòu)主體服務(wù)主液壓工作系統(tǒng)，還有為后配套設(shè)備服務(wù)的輔助液壓系統(tǒng)。輔助液壓系統(tǒng)回路的原理圖見圖3.26。5號油缸為皮帶輸送機(jī)的張緊輪油缸。4號油缸所在回路為真圓器的液壓系統(tǒng)回路，該真圓器是為了使安裝好的整環(huán)管片的形狀更圓，當(dāng)管片安裝精度不是很高時(shí)，此設(shè)備的使用意義很大。此設(shè)備的應(yīng)用需要和管片安裝機(jī)配合使用。在日系盾構(gòu)中無真圓器。在門架車1上，有管片運(yùn)輸小車。管片的起重和搬運(yùn)到小車上的過程是，同步舉重架(4個(gè)131號同步油缸組成)把管片垂直舉起來，水平128號油缸將管片拉到小車上方放下。2個(gè)135號油缸是為門架車配合盾構(gòu)轉(zhuǎn)彎設(shè)置的。3.19流體傳動系統(tǒng)動力源盾構(gòu)的流體傳動系統(tǒng)動力源一般都在后配套門架車上，由盾體拖動。后配套車由6個(gè)門架車組成，用來攜帶設(shè)備。向盾構(gòu)提供必需品(產(chǎn)品和配套的電氣，液壓和氣壓能源)。放置如下設(shè)備：鐵軌、通風(fēng)管、電氣和通訊電纜。流體傳動系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)備在門架車的位置。1.門架車1上裝有：

1個(gè)管片吊運(yùn)車、1個(gè)帶有攪拌器的砂漿罐、2個(gè)砂漿泵、1個(gè)擴(kuò)挖刀液壓泵站2.門架車2上裝有：

2個(gè)315KW液壓泵站3.門架車3上裝有：

6000L容量的液壓油箱、1個(gè)泡沫罐、1個(gè)泡沫單元4.門架車5上裝有：

1個(gè)工業(yè)空氣單元包括空氣壓縮機(jī)、空氣罐和必須的過濾器、1個(gè)輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、1個(gè)廢料儲料器5.門架車6上裝有：

1個(gè)空氣壓縮機(jī)、1個(gè)工業(yè)水罐、1個(gè)熱交換器、1個(gè)通風(fēng)筒盒、2個(gè)工業(yè)水泵、2個(gè)工業(yè)水軟管后配套的專用設(shè)備：1.皮帶輸送機(jī)設(shè)在螺旋輸送機(jī)后方與門架車4中央部，將螺旋機(jī)排出的土砂運(yùn)到在門架車4下部等待的運(yùn)土車斗上。皮帶輸送機(jī)是把廢料從盾體內(nèi)的螺旋輸送機(jī)運(yùn)送到尾端門架車5上的儲料器，隨后再傾卸到服務(wù)車上。皮帶的旋轉(zhuǎn)由電動齒輪馬達(dá)驅(qū)動。旋轉(zhuǎn)速度是固定的并且旋轉(zhuǎn)僅僅是一個(gè)方向的(反向是為了維護(hù))皮帶張緊是由2個(gè)液壓缸來保證。為了使廢料均勻的散步在服務(wù)車上，儲料器裝有一個(gè)氣動單閘板。2.管片吊運(yùn)車管片吊運(yùn)車的作用是從服務(wù)車到管片輸送平臺傳遞環(huán)片(管片和鍵型管片)。單導(dǎo)向鐵軌是附在門架車1結(jié)構(gòu)上的，是為了使吊運(yùn)車平移。管片吊運(yùn)車能夠用無線電遙控或下垂的控制盒來控制。有兩種運(yùn)行模式：常規(guī)和維護(hù)。位于連接橋下面的管片輸送機(jī)平臺的用途是把管片從門架車1運(yùn)送到管片安裝機(jī)。這個(gè)設(shè)備是由一個(gè)輸送機(jī)支撐結(jié)構(gòu)(連接到連接橋)和一個(gè)移動平臺組成。平臺在結(jié)構(gòu)上的平移是由一個(gè)行程1800mm的液壓缸來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)移動平臺被平移油缸推動時(shí)管片以每步1800mm的行程一步步向前，管片滑動并被可伸縮的棘爪推動。平移油缸被一個(gè)位于后配套車上的泵站驅(qū)動。平臺能夠由兩塊控制面板(其中一塊位于平臺的前部另一塊位于平臺的后部)中的任何一塊來操控。輸送機(jī)控制面板被固定在位于門架車1前部的一個(gè)控制箱內(nèi)，(另一個(gè))輸送機(jī)控制面板被固定在位于同一個(gè)門架車后部的一個(gè)控制箱內(nèi)。3.油桶提升系統(tǒng)裝備有鏈條起重機(jī)的2個(gè)手動小車是為了把油脂桶從連接橋2的中心提升到泵的高度。手動油桶起重機(jī)能力2×2.5kN，提升高度3m。盾構(gòu)流體傳動系統(tǒng)比較復(fù)雜，在回路中采用了大量的電磁、電液比例控制方向和流量壓力閥，行程開關(guān)以及各種參數(shù)傳感器。各個(gè)系統(tǒng)有些是同時(shí)或協(xié)同工作，有些系統(tǒng)是互鎖的，要使全部系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，需要合理的電器控制系統(tǒng)。2.液壓泵的分類和選用（1）液壓泵概述液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力元件，將原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能輸出，為執(zhí)行元件提供壓力油。液壓泵的性能好壞直接影響到液壓系統(tǒng)的工作性能和可靠性。液壓泵的基本工作原理液壓泵的主要性能參數(shù)液壓泵的分類和選用液壓泵的圖形符號（2）液壓泵基本工作原理以單柱塞泵為例組成：偏心輪、柱塞、彈簧、缸體、兩個(gè)單向閥。柱塞與缸體孔之間形成密閉容積。柱塞直徑為d，偏心輪偏心距為e。偏心輪旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，柱塞上下往復(fù)運(yùn)動一次，向下運(yùn)動吸油，向上運(yùn)動排油。泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)排出的油液體積稱為排量，排量只與泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。V=Sπd2/4=eπd2/2（3）液壓泵正常工作的三個(gè)必備條件必須具有一個(gè)由運(yùn)動件和非運(yùn)動件所構(gòu)成的密閉容積；密閉容積的大小隨運(yùn)動件的運(yùn)動作周期性的變化，容積由小變大——吸油，由大變小——壓油；密閉容積增大到極限時(shí)，先要與吸油腔隔開，然后才轉(zhuǎn)為排油；密閉容積減小到極限時(shí)，先要與排油腔隔開，然后才轉(zhuǎn)為吸油。單柱塞泵是通過兩個(gè)單向閥來實(shí)現(xiàn)這一要求的。（4）液壓泵的主要性能參數(shù)液壓泵的壓力工作壓力p

：泵工作時(shí)的出口壓力，大小取決于負(fù)載。額定壓力ps

：正常工作條件下按實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力。吸入壓力：泵的進(jìn)口處的壓力。液壓泵的排量、流量和容積效率排量V：液壓泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)理論上應(yīng)排除的油液體積，又稱為理論排量或幾何排量。常用單位為cm3/r。排量的大小僅與泵的幾何尺寸有關(guān)。液壓泵的主要性能參數(shù)（續(xù)）平均理論流量q

t：泵在單位時(shí)間內(nèi)理論上排出的油液體積，q

t=nv

，單位為m3/s

或L/min

。實(shí)際流量q

：泵在單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際排出的油液體積。在泵的出口壓力≠0時(shí)，因存在泄漏流量Δq，因此q=qt-Δq

。瞬時(shí)理論流量qsh：任一瞬時(shí)理論輸出的流量，一般泵的瞬時(shí)理論流量是脈動的，即qsh≠q

t。額定流量q

s

：泵在額定壓力，額定轉(zhuǎn)速下允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的流量。容積效率ηv：ηv=q/q

t=（q

t-Δq）/q

t=1-Δq/qt=1-kp/nV

式中

k

為泄漏系數(shù)。液壓泵的主要性能參數(shù)（續(xù)）泵的功率和效率輸入功率Pr：驅(qū)動泵軸的機(jī)械功率為泵的輸入功率，Pr=Tω輸出功率P：泵輸出液壓功率，

P=pq總效率ηp

：ηp=P/P

r=pq/Tω=ηvηm式中ηm為機(jī)械效率。泵的轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速n

s：額定壓力下能連續(xù)長時(shí)間正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速。最高轉(zhuǎn)速n

max：額定壓力下允許短時(shí)間運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速。最低轉(zhuǎn)速n

min：正常運(yùn)轉(zhuǎn)允許的最低轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速范圍：最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速。（1）液壓泵的分類和選用按運(yùn)動部件的形狀和運(yùn)動方式分為齒輪泵，葉片泵，柱塞泵，螺桿泵。齒輪泵又分外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵葉片泵又分雙作用葉片泵，單作用葉片泵和凸輪轉(zhuǎn)子泵柱塞泵又分徑向柱塞泵和軸向柱塞泵按排量能否變量分定量泵和變量泵。單作用葉片泵，徑向柱塞泵和軸向柱塞泵可以作變量泵選用原則：是否要求變量要求變量選用變量泵。工作壓力柱塞泵的額定壓力最高。工作環(huán)境齒輪泵的抗污能力最好。噪聲指標(biāo)雙作用葉片泵和螺桿泵屬低噪聲泵。效率軸向柱塞泵的總效率最高。（2）液壓泵的圖形符號（3）液壓泵的類別（4）選擇液壓泵的原則是否要求變量徑向柱塞泵、軸向柱塞泵、單作用葉片泵是變量泵。工作壓力柱塞泵壓力31.5MPa；葉片泵壓力6.3MPa，高壓化以后可達(dá)16MPa；齒輪泵壓力2.5MPa，高壓化以后可達(dá)21MPa。工作環(huán)境齒輪泵的抗污染能力最好。噪聲指標(biāo)低噪聲泵有內(nèi)嚙合齒輪泵、雙作用葉片泵和螺桿泵，雙作用葉片泵和螺桿泵的瞬時(shí)流量均勻。效率軸向柱塞泵的總效率最高；同一結(jié)構(gòu)的泵，排量大的泵總效率高；同一排量的泵在額定工況下總效率最高。3.齒輪泵

（1）齒輪泵的工作原理

齒輪泵是利用齒輪嚙合原理工作的，根據(jù)嚙合形式不同分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵。因螺桿的螺旋面可視為齒輪曲線作螺旋運(yùn)動所形成的表面，螺桿的嚙合相當(dāng)于無數(shù)個(gè)無限薄的齒輪曲線的嚙合，因此將螺桿泵放在齒輪泵一起介紹。（2）外嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)組成一對幾何參數(shù)完全相同的齒輪，齒寬為B，齒數(shù)為z泵體前后蓋板長短軸工作原理

（動畫）兩嚙合的輪齒將泵體、前后蓋板和齒輪包圍的密閉容積分成兩部分，輪齒進(jìn)入嚙合的一側(cè)密閉容積減小，經(jīng)壓油口排油，退出嚙合的一側(cè)密閉容積增大，經(jīng)吸油口吸油。齒輪泵的工作原理（續(xù)）（3）外嚙合齒輪泵的排量公式

V=2πz

m2B

z—齒數(shù)，m—齒輪模數(shù)，B—齒寬齒輪節(jié)圓直徑一定時(shí)，為增大泵的排量，應(yīng)增大模數(shù)，減小齒數(shù)。齒輪泵的齒輪多為修正齒輪。

齒輪泵的瞬時(shí)理論流量是脈動的，這是齒輪泵產(chǎn)生噪聲的主要根源。為減少脈動，可同軸安裝兩套齒輪，每套齒輪之間錯(cuò)開半個(gè)齒距，組成共壓油口和吸油口的兩個(gè)分離的齒輪泵。（4）外嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

泄漏與間隙補(bǔ)償措施齒輪泵存在端面泄漏、徑向泄漏和輪齒嚙合處泄漏。端面泄漏占80％—85％。端面間隙補(bǔ)償采用靜壓平衡措施：在齒輪和蓋板之間增加一個(gè)補(bǔ)償零件，如浮動軸套或浮動側(cè)板，在浮動零件的背面引入壓力油，讓作用在背面的液壓力稍大于正面的液壓力，其差值由一層很薄的油膜承受。外嚙合齒輪泵的三個(gè)問題徑向力不平衡困油現(xiàn)象泄漏（端面泄漏，齒頂泄漏，嚙合泄漏）（5）液壓徑向力及平衡措施

齒谷內(nèi)的油液由吸油區(qū)的低壓逐步增壓到壓油區(qū)的高壓。作用在齒輪軸上液壓徑向力和輪齒嚙合力的合力F=KpB

DeK為系數(shù)，對主動齒輪K=0.75；對從動齒輪K=0.85。

液壓徑向力的平衡措施之一：通過在蓋板上開設(shè)平衡槽，使它們分別與低、高壓腔相通，產(chǎn)生一個(gè)與液壓徑向力平衡的作用。平衡徑向力的措施都是以增加徑向泄漏為代價(jià)。齒輪泵的徑向力（6）困油現(xiàn)象與卸荷措施困油現(xiàn)象產(chǎn)生的原因齒輪重迭系數(shù)ε＞1，在兩對輪齒同時(shí)嚙合時(shí)，它們之間將形成一個(gè)與吸、壓油腔均不相通的閉死容積，此閉死容積隨齒輪轉(zhuǎn)動其大小發(fā)生變化，先由大變小，后由小變大。困油現(xiàn)象描述困油現(xiàn)象的危害閉死容積由大變小時(shí)油液受擠壓，導(dǎo)致壓力沖擊和油液發(fā)熱，閉死容積由小變大時(shí)，會引起汽蝕和噪聲。卸荷措施在前后蓋板或浮動軸套上開卸荷槽開設(shè)卸荷槽的原則兩槽間距a為最小閉死容積，而使閉死容積由大變小時(shí)與壓油腔相通，閉死容積由小變大時(shí)與吸油腔相通。困油現(xiàn)象（7）內(nèi)嚙合齒輪泵工作原理一對相互嚙合的小齒輪和內(nèi)齒輪與側(cè)板所圍成的密閉容積被齒嚙合線分割成兩部分，當(dāng)傳動軸帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪齒脫開嚙合的一側(cè)密閉容積增大，為吸油腔；輪齒進(jìn)入嚙合的一側(cè)密閉容積減小，為壓油腔。特點(diǎn)無困油現(xiàn)象流量脈動小，噪聲低

采取間隙補(bǔ)償措施后，泵的額定壓力可達(dá)30MPa。4.軸向柱塞泵

（1）柱塞泵概述

柱塞沿徑向放置的泵稱為徑向柱塞泵，柱塞軸向布置的泵稱為軸向柱塞泵。為了連續(xù)吸油和壓油，柱塞數(shù)必須大于等于3。徑向柱塞泵配流軸式徑向柱塞泵閥配流徑向柱塞泵軸向柱塞泵斜盤式軸向柱塞泵斜軸式無鉸軸向柱塞泵配流軸

式徑向

柱塞泵配流軸式徑向柱塞泵工作原理工作原理缸體均布有七個(gè)柱塞孔，柱塞底部空間為密閉工作腔。柱塞其頭部滑履與定子內(nèi)圓接觸。定子與缸體存在偏心。配流軸傳動軸

排量公式

V=（πd

2/2）ez

e——定子與缸體之間的偏心距

Z——柱塞數(shù)（2）缸體柱塞滑履組配流盤（3）斜盤式軸向柱塞泵工作原理工作原理缸體均布Z個(gè)柱塞孔，分布圓直徑為D柱塞滑履組柱塞直徑為d斜盤相對傳動軸傾角為α配流盤傳動軸排量公式V=（πd

2/4）Dztgα改變斜盤傾角可以改變泵的排量（4）斜盤式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三對磨擦副：柱塞與缸體孔，缸體與配流盤，滑履與斜盤。容積效率較高，額定壓力可達(dá)31.5MPa。泵體上有泄漏油口。傳動軸是懸臂梁，缸體外有大軸承支承。為減小瞬時(shí)理論流量的脈動性，取柱塞數(shù)為奇數(shù)：5，7，9。

為防止密閉容積在吸、壓油轉(zhuǎn)換時(shí)因壓力突變引起的壓力沖擊，在配流盤的配流窗口前端開有減振槽或減振孔。

（5）斜軸式無鉸軸向柱塞泵工作原理與斜盤式軸向柱塞泵類似，只是缸體軸線與傳動軸不在一條直線上，它們之間存在一個(gè)擺角β，柱塞與傳動軸之間通過連桿連接。傳動軸旋轉(zhuǎn)通過連桿撥動缸體旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)制帶動柱塞在缸體孔內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動。特點(diǎn)：柱塞受力狀態(tài)較斜盤式好，不僅可增大擺角來增大流量，且耐沖擊、壽命長。斜軸式軸向柱塞馬達(dá)（泵）伺服閥

電液比例閥伺服閥伺服閥是一種根據(jù)輸入信號及輸出信號反饋量連續(xù)成比例地控制流量和壓力的液壓控制閥。根據(jù)輸入信號的方式不同，又分電液伺服閥和機(jī)液伺服閥。電液伺服閥將小功率的電信號轉(zhuǎn)換為大功率的液壓能輸出，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的位移、速度、加速度及力的控制。機(jī)液伺服閥的輸入信號是機(jī)動或手控的位移。伺服閥控制精度高，響應(yīng)速度快，特別是電液伺服系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，在航空航天、軍事裝備中得到廣泛應(yīng)用。但加工工藝復(fù)雜，成本高，對油液污染敏感，維護(hù)保養(yǎng)難，民用工業(yè)應(yīng)用較少。

電液伺服閥的組成和工作原理

（見動畫）

電液伺服閥由電氣－機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置、液壓放大器和反饋（平衡）機(jī)構(gòu)三部分組成。電氣—機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置將輸入的電信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)角或直線位移輸出，常稱為力矩馬達(dá)或力馬達(dá)。圖中上部分為力矩馬達(dá)。液壓放大器接受小功率的轉(zhuǎn)角或位移信號，對大功率的液壓油進(jìn)行調(diào)節(jié)和分配，實(shí)現(xiàn)控制功率的轉(zhuǎn)換和放大。圖中有噴嘴擋板（前置級）和主滑閥兩級。反饋平衡機(jī)構(gòu)使閥輸出的流量或壓力與輸入信號成比例。圖中反饋彈簧桿11為反饋機(jī)構(gòu)。

機(jī)液伺服閥

軸向柱塞泵的手動伺服變量機(jī)構(gòu)主要零件有伺服閥閥芯1、伺服閥閥套2、變量活塞5等。伺服閥芯與控制桿掛在一起，伺服閥套與變量活塞剛性連成一體。伺服閥油口a通過油道b與變量活塞下腔相通；油口e通過油道f與變量活塞上腔相通。變量活塞下腔通有泵的壓力油，上腔為密閉容腔，上下腔面積比為2：1。給控制桿輸入一個(gè)位移信號，因?yàn)樗欧y的控制作用，變量活塞將跟隨產(chǎn)生一個(gè)同方向的位移，泵的斜盤擺動為某一角度，泵輸出一定的排量，排量的大小與控制桿的位移信號成比例。電液比例閥電液比例閥是一種性能介于普通控制閥和電液伺服閥之間的新閥種。它既可以根據(jù)輸入電信號的大小連續(xù)成比