盾构流体系统资料

盾构流体介质传动系统
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图2-1 超挖刀布置示意图
盾构流体介质传动系统 二、液压传动系统
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图 超 挖 刀 液 压 系 统 原 理 图
2-2
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超挖刀系统由变量油泵、电磁比例方向阀、 调速平衡阀、液压油缸组成。 系统的回油路设置了风冷冷却器和带压差发 讯器的滤油器，为防止它们堵塞影响整个回传动系统 二、液压传动系统
背压阀
石家庄铁道学院 图 2-3
节流阀3
阀1 节流阀2 阀2 节流阀1 左侧缸 Qmax Qmin 变量电磁阀
右侧缸
超 挖 刀 油 泵 原 理 图
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Qmax
Qmin
图2-4 泵的变量状态回路图
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• 被动铰接与主动铰接的区别：
• 不仅在于盾体内和推进油缸的相对位置，也与油缸的控制方 式有关。 • 有3个操作模式 1. 自由模式：后盾只是铰接在盾体中心周围。通过在油缸各 腔室之间转移油来保持后盾的平均位置。 2. 放松模式：这种模式允许打开铰接，通过前盾向前运动来 实现。 3. 盾体回缩模式：这种模式能够在放松模式之后使用，是为 了关闭铰接或为了更换刀具（利用前部压力）而回缩前盾。 • 在一般操作条件下，操作者不需要在铰接系统上做任何动作， 只是监督。
二、液压传动系统
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螺旋输送机液压系统组成： 1. 泵-马达闭式传动回路。驱动螺旋输送机 旋转。 2. 泵变量控制单元。 3. 土仓出口门控制油缸。 4. 螺旋罩伸缩油缸。防扭。 5. 螺旋输送机出口控制油缸。
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• 螺旋输送机安全门是为了在维护螺旋罩或发生 大量水流入的情况下，把开挖仓和盾构机的其 余部分隔开。位于开挖仓较低的部位，它打开 和关闭由2 个液压缸来完成，这个门由2个闸 板组成，螺旋一收回，闸板就关闭螺旋输送机 安全门。
2.1 超挖刀液压系统
• 超挖刀的作用：在隧道改变方向时启用， 用于扩出比盾构本体直径大一些的空间， 方便盾构的转弯。 • 超挖刀刀头伸出长度(最大伸出长度50～ 60mm)，通过调整油缸的行程来实现。超 挖刀的伸出长度显示在中心控制室的屏幕 上。当电气部分控制精度较高时，超挖刀 就称为仿形刀。 • 采用仿形的优点。
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铰接
• 铰接油缸模块。功能连接盾构前后体，允许后盾相 对前盾做铰接运动。铰接也包括密封和油脂注射。 方便盾构转向，以实现隧道的转弯。 4个行进传感 器提供后盾相对于前盾的位置。这个信息被显示在 控制室内。 • 铰接包括：一套铰接液压油缸(8～14个)；2排密封； 密封片。 • 密封片把铰接和土壤隔离开。在密封和密封片之间 产生的间隙用油脂连续地注满，在盾体厚度外侧铺 设了6个油脂注射点。 • 海瑞克铰接密封用 通入压缩空气见讲义图3.20。
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马达
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泵的变量原理
• 这是一个压力—位移—力反馈式排量调节 机构。先导级的位移输入由比例电磁铁给 出，先导级的力平衡方程决定阀口开度， 变量缸的力平衡方程决定变量活塞的位移。
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图 刀 盘 驱 动 马 达 工 作 原 理 图
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盾构流体介质传动系统
2008.7.23
盾构流体介质传动系统
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目 录
一、流体介质传动系统概述 二、液压传动系统 三、人闸和回转接头
盾构流体介质传动系统 一、概述
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盾构是一种集机、电、液、气、光等技术 为一体的大型隧道施工工程机械。该设备 拥有复杂的配套装置。其中流体介质传动 系统在盾构正常工作中占有重要的地位。
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当E值大于零时PLC发出指令增加螺旋机转 速。提高出土量直至土仓内土压重新达到 新的平衡状态，反之当E值小于零时，PLC 会降低螺旋机转速，以减少偏差，保持土 仓内土压平衡。
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图2-15 螺旋输送机液压系统
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各种流体介质传动系统通过电气控制有机 的组合在一起，按各自的功能和作用分工 并协调工作，保证盾构正常运行。按介质 或功能分类有： 1. 液压系统 2. 润滑系统
2.1 齿轮油润滑系统 2.2 脂润滑系统
3. 压缩空气系统
3.1 气动控制回路
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• 废料被从螺旋输送机上卸下来，通过一个 有比例动作的门。它调节土压并隔离开挖 仓。位于罩壳的末端，它用2 个液压缸打开 和关闭。当发生电气故障时，液压蓄能器 提供紧急关闭。
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• 正常工作时螺旋输送机螺旋前端伸入土仓口。 • 可以通过控制螺旋输送机的伸缩油缸来控制螺 旋输送机的位置。 • 为了关闭土仓，螺旋输送机可以通过伸缩油缸 自动缩回。 • 当螺旋输送机被或大石头阻塞时可以自由进退。
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液压传动系统内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 超挖刀系统回路 刀盘驱动系统回路 推进和纠偏(姿态调整)系统回路 螺旋输送机系统回路 管片拼装机系统回路 辅助液压系统回路 液压油过滤器系统回路
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图
2-14
主 动 铰 接 原 理 图
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2.4 螺旋输送机液压系统
• 螺旋输送机的功能除了排土功能外，还有调节土 仓土压的作用。 • 它由可变速的液压马达驱动，为了使开挖仓内的 土压保持恒定，螺旋的可变速度与螺旋输送机卸 料门的开度相配合控制废料的输出速度。 • 土压的平衡控制是通过装在盾构机土仓隔壁上的 土压计对掘进中的土压进行实时监视。土压计监 测到的数值传送到PLC，PLC计算出测量值与设 定值之间的差值E。通过PID控制自动调整螺旋机 转速，使E值趋向于零。
3.2 气动工作回路 3.3 人闸回路
4. 同步注浆系统 5. 盾尾密封系统 6. 水冷却系统(包含以下两个回路) 6.1 工业废水排水回路，参见图1-1
6.2 人闸回路
7. 澎润土系统 8. 泡沫系统 9. 隧道通风系统
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图1-1
盾构主体结构示意图
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2.3 推进及纠偏液压系统
1. 推进系统为整个盾构提供前进动力。刀盘切削量 的大小除了刀盘转速外，还与推进油缸的速度有 关。推力油缸也用来使管片保持在适当的位置上。 2. 由于重力或其他因素如推进油缸的推力不均匀的 影响，使盾构的前进方向发生改变偏离预定轨迹。 这时需要采用纠偏手段调整过来。 3. 盾构沿设计的曲线前进时，需要前倾、后仰、有 时要左右摆动或它们的复合动作。需要精确控制 盾构姿态。
二、液压传动系统 Group A 二、液压传动系统Group 石家庄铁道学院 盾构流体介质传动系统 B 图2-9 推进、纠偏系统图
Group C
Group D
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图2-10 推进系统压力流量控制原理简图
盾构流体介质传动系统 二、液压传动系统 感 系 统 原负 理载 图传 2-11
2-8
变量油缸控制阀
减速箱
G
变量油缸
制动电 磁阀
变量电 磁阀
控制泵
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• 刀盘驱动需要解决的问题是： 土质条件不变时，即使刀盘 扭矩有较大变化，刀盘转速保持稳定；土质条件改变时， 刀盘转速可调。为了克服盾构机在掘进过程中的滚动现象 (当主油泵斜盘角度不能根据外界阻力变化而改变时，刀盘 即会出现滚动现象)，必须通过液压马达的正反转掘进来进 行调整 • 刀盘驱动系统的三种工作状态： • 1. 正常掘进(附带土仓搅拌功能) • 2. 刀盘脱困 • 3. 轻推模式只用在维护服务状态下。预设置了旋转速度， 两个旋转方向都可用。轻推旋转必须在位于人闸前部仓室 内的就地面板上控制。 • 前两种工作状态对应马达的正反转。
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1. 节流阀 2.变量泵 3. 负载传感装置 4.溢流阀
负 载 传推 感进 控系 制统
2-12
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2-13 刀盘脱困系统
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• 在掘进模式下，推进油缸总共合并成4组， 每个组配备一个行程测量系统，以便在受控 制的方式下驱动掘进设备进入土中。借助于 安装的操作元件，操作员可以控制每个油缸 组的压力和所有油缸的流量。 • 推进系统的功能不仅仅为刀盘提供进刀量， 还与调节土仓的土压有关。
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2.5 管片拼装机系统
• 管片拼装机安装在盾尾，用来拼装衬砌管片。机 械构成为：悬臂梁、移动机架、回转机架、安装 头。 • 拼装机所具有的各种动作功能专门适合施工现场 条件，并能使管片精确地就位。主要运动构件的 功能均可通过比例控制来实现。所有动作功率都 经计算，留有余量。保证了各安装动作的高精度。 • 在盾构掘进1.5m深度后，需要停止下来安装隧道 管片。 • 管片拼装机的液压系统需驱动拼装机的旋转架、 移动架、管片拼装机所有的6个自由度。
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泵组件中的电磁阀是泵变量的控 制阀，只有在电磁阀通电后才能 进入变量工作状态。
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2.2 刀盘驱动液压系统
主泵采用A 1 0V系列伺服变量泵，功率 315KW，液压泵根据先导压力的变化自动 调整其斜盘角度以便适应不同的工况，在 先导控制模块中设置了功率匹配阀，实现 功率自适应控制。当外负载低于设定压力 时，为功率变量方式。当外负载超过设定 压力为先导压力控制方式。
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• 为了建造一个管片环，首先停止掘进，然 后必须通过按钮“ring building(建环)”把操 作状态改为建环，以便把控制输送到移动 式面板。当激活该模式时，所有的成对油 缸可以独立运动。在建环模式下，进行管 片安装所需数目的油缸对相应地回缩。其 余的油缸对不动，一方面避免由于土压而 使盾构作后退运动，另一方面，它们也保 护已经安装的管片。
盾构流体介质传动系统 一、概述
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• 盾构流体传动中涉及到的介质：
• • • • • • • • • • 1. 液压油 2. 润滑油 3. 润滑脂 4. 专用密封/润滑脂 5. 压缩空气 6. 水 7. 砂浆（混凝土、水玻璃） 8. 澎润土（泥浆） 9. 发泡化学物质 10. 土
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2 1
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28f 27f
控制泵 3f 3 4 5 6 8 16 25 4f
图 主 泵 变 量 控 制 系 统 原 理 图
2-7
27 29f 25f 26
20 7f 功率匹配阀 12 7 11 9 13 10 补油泵 变量油缸 变量泵 11f 15 23 24 14 19 17 18 24f 22 18f
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图2-5 变量泵工作曲线图
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接螺旋输送机
图2-6 刀盘驱动 系统原理图
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系统组成
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 刀盘驱动系统为变量泵-变量马达闭式回路。 按功能分析可分为下列几个单元： 泵源。由变量泵、补油泵加变量机构组成。 补油和冷热油交换模块。 控制泵。 泵变量控制模块。 变量马达模块。 马达变量与制动模块。 泵变量阀背压控制模块。
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以上是系统简单分类，单独按介质或按功 能分类比较困难。盾构流体介质传动系统 之间互相联系，尤其是水、气、泡沫、注 浆、澎润土系统管路交叉相接，有些系统 管路合并到同一出口。大部分系统都不是 独立存在的。
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液压系统的介质、传递
• 以特定结构的合成油为基础油，并加有抗 氧、防腐蚀和润滑等添加剂制，无毒、可 生物降解，替代磷酸酯和其他酯型抗燃液 压油 • 多层钢丝高压胶管