盾构刀盘液压驱动系统_郑久强
盾构刀盘驱动液压系统的实验研究
盾构主要用于软土、砂砬和强风化岩层及含水的混合地层隧道掘进。
主要由盾体、刀盘及驱动系统、螺旋输送系统、液压推进系统、管片拼装系统、同步注浆系统以及盾尾密封装置等构成。
盾构掘进过程中，负载是随断面的土质状况变化的，切削硬岩和切削软土所需的切削扭矩变化很大(见表1)。
可见，盾构刀盘驱动所需功率大且功率变化范围宽。
刀盘驱动液压系统原理如图1所示刀盘驱动液压系统。
采用电比例功率自适应泵控马达技术，实时检测刀盘的转速，根据合适的策略控制变量缸位移，继而控制变量泵的排量，形成按负载工况变化需要进行刀盘转速的连续实时控制。
液压系统设计成开式回路，可适应两种工况，软岩工况时蹬低速大转矩和硬岩工况时的高速小转矩。
两种工况转换可通过控制电磁换向阀6来实现，当电磁铁断电时，溢流阀7.1确定系统最高压力，此时，系统压力设定为10 MPa，输出转矩小，但流量大(最大为300 L/min)，输出转速高;当电磁铁通电时，溢流阀7.2确定系统最高压力，此时，系统压力设定为20MPa，输出转矩大，但流量小，输出转速低。
刀盘转速通过调节变量泵2的排量实现，检测液压马达的输出转速，检测信号反馈到变量泵的比例阀上，构成速度闭环控制系统。
液压马达5.1和5.2的正反转可通过电液换向阀3来控制。
系统采用某公司的A11VO 260 LRDU2恒功率比例变量泵。
泵的排量在其整个范围内可无级调节，并与比例电磁铁的控制电流成比例。
恒功率控制优先于变量控制，如果设定流量或工作压力使功率曲线超过，则恒功率控制取代电控变量并按照恒功率曲线减小排量。
当低于功率曲线时，排量受控制电流的调整，泵输出的流量只与输入控制信号相关，而不受负载压力变化的影响。
变量调节特性如图2所示。
3模拟盾构实验平台实验装置如图3所示，包括模拟土箱、模拟盾构机、主顶、土体加压泵站、模拟盾构机泵站和控制室。
模拟土箱内的土能够通过水囊进行加压，实现对不同土压的模拟。
模拟盾构机由主顶推进，模拟盾构泵站包括刀盘与螺旋机驱动泵站和主顶驱动泵站。
盾构机刀盘驱动系统液压故障案例分析
盾构机刀盘驱动系统液压故障案例分析一、海瑞克盾构刀盘驱动液压系统的故障分析及处理1.液压系统深圳某地铁项目使用的德国海瑞克盾构机，其刀盘驱动系统为泵、液压马达闭式回路，由3台并联的斜盘式轴向柱塞变量泵和8台并联的轴向柱塞液压马达组成。
系统附带补油液压泵、控制泵等元件。
整个系统为电比例调速，恒功率保护方式。
泵采用带有补油冲洗阀的双向变量泵。
2.故障及原因分析（1）故障现象盾构在掘进时，三个刀盘泵突然出现故障无法重新起动。
主控室显示补油液压泵压力不足，达不到设计要求的最低补油压力，此时补油液压泵压力显示为1.8MPa，而设定值为2.7MPa左右。
（2）原因分析1）检查油箱液位，液位常，可以排除吸油不足的因素。
2）检查补油液压泵溢流阀。
怀疑溢流阀被卡，造成卸荷。
清洗溢流阀后再装回原来位置仍不能建立正常压力，由此判断溢流阀无故障。
3）补油液压泵为螺杆泵，自身抗污染能力很强，由于补油液压泵自身原件损坏造成压力不足的可能性很小，而且在关闭补油液压泵出口球阀的情况下，调节补油液压泵溢流阀，压力显示与新泵相同，可以排除补油液压泵自身的问题。
至此可以判断补油液压泵压力不足是由于部分流量从某个地方非正常流走造成的。
4）补油液压泵除对闭式回路进行补油和对3台主泵进行壳体冷却外，还为螺旋输送机的减速器进行壳体冷却，在补油主管路上还装有蓄能器。
检查蓄能器回油管，没有油液流出；关闭通往螺旋输送机减速器管路上的球阀，补油压力还是达不到设计要求。
由此可以判断三个刀盘泵内部泄漏是造成补油压力不足的主要原因。
5）在观察三个刀盘泵泄漏油管时发现，3号刀盘泵泄漏油管有大量油液流动的迹象，同时发现斜盘没有归零，卡在5°左右的位置。
随即打开3号刀盘泵泄漏油口，发现有铜屑杂质，接着在冷却循环过滤器也发现了大量铜屑。
随即将3号刀盘泵送生产厂家拆检，发现泵的内部已严重损坏。
如滑靴磨损严重，其中的两个已碎裂成多块，固定回程盘的8颗螺栓也全部剪切断裂，且回程盘已断裂成三部分。
盾构刀盘驱动模拟装置液压系统设计与研究
盾构 刀盘驱动模 拟装置液压 系统设计 与研 究
冯 欢欢 ， 王助锋 ， 张合 沛 ， 陈 桥
（ 中铁 隧道集 团 盾 构及 掘进 技术 国家重 点实 验室 ， 河南 郑州
摘
４ ５ ０ ０ ０ １ ）
要： 论 述 了一 种 盾 构 刀 盘 驱 动模 拟 装 置 液 压 系 统工 作 原 理 ， 从变量泵 、 电机 及 液 压 马 达 选 型 、 发 热 计 算 等方 面对 其 液 压 系 统 进 行 了
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｉ ｒ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ａ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｃ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｄ ｉ ｒ ｖ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｗ ａ ｓ ｅ ｘ ｐ ｏ ｕ ｎ ｄ ｅ ｄ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ
速和 输 出力矩 ．回路 中的压 力 传感 器 可 以 实 时检 测 系 统 的压 力 ， 根 据 转 速 和压 力 （ 或 转 速 和 马 达 输 出力 矩 ）
滞性、 功 率变 化 范 围宽 等 特 点 的非 线性 时变 系统 。 其 外
负 载 也 随开 挖 面地 质 条件 的变 化而 实 时 变需 的 最大 功率设计 ， 在 遇 到欠 负 载工 况 时 ， 系 统效 率 低 下 ． 大 量
Ｆ Ｅ Ｎ Ｇ Ｈｕ ａ ｎ — ｈ ｕ ａ ｎ ， ＷＡ Ｎ Ｇ ｕ 币ｎ ｇ ， Ｚ Ｈ Ａ ＮＧ Ｈｅ － ｐ ｅ ｉ ， Ｃ ＨＥ Ｎ Ｑ ｉ ａ ｏ
盾构机参数设定
土压平衡式盾构机控制原理与参数设置随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。
在我国的各项施工中，盾构机的种类越来越多，其中土压平衡式盾构机在上海、南京、广州等地铁施工中有着较为出色的表现，笔者以日本小松公司Φ6340盾构机为例，结合施工中的一点经验与理解，对其控制原理和参数设置等做简要总结。
控制原理土压平衡式盾构机的土压控制是PID自动调节控制，切削刀盘切下的弃土进入土仓，形成土压，土压超过预先设定值时，土仓门打开，部分弃土通过螺旋机排出土仓，从而保持土仓内土压平衡，土仓内的土压反作用于挖掘面，防止地层的坍塌。
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，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。
以保持土仓内土压平衡，使盾构机正常掘进。
主要参数抽样周期：PID 演算处理的时间间隔，周期越短，动作越连续，但增加了单位时间的处理次数，因此PID以外的控制变慢，不需要细微变动时，可延长周期。
过滤系数：用来除去输入模拟值上的高频成分，数值越大，则过滤效果越强，系统反应也就越迟钝。
比例常数P:为了提高系统灵敏度，使土压保持在一定范围，把计测值与设定值的差值E 乘以一个系数，所得结果再与目标值相比较，这个系数就是比例常数P，P 值越大，调控效果越好。
积分时间I：系统引入比例常数后，PLC调控螺旋机的输出操作量mv=P*E,也就是偏差被放大了P倍，这样当系统产生偏差时，可能会使螺旋机转速突然增大或减小了许多，形成超调现象，于是又反过来调整，这就引起螺旋机转速忽大忽小，形成振荡。
为了消除振荡，引入积分环节，使操作量mv 在积分时间内逐渐完成，即螺旋机转速平稳变化，直到消除偏差。
盾构机主驱动和刀盘管路优化技术
盾构机主驱动和刀盘管路优化技术盾构机是一种在土壤或岩石中进行隧道开挖和建设的专用设备，是现代城市地下工程建设和地下管线铺设的重要工具。
而盾构机的主驱动和刀盘管路优化技术是盾构机性能提升和工程质量保障的关键之一。
一、盾构机主驱动技术主驱动是盾构机的核心部件，其作用是通过动力装置将动力传递给刀盘，驱动刀盘进行钻进。
盾构机主驱动采用的传动方式主要有液压驱动、电动驱动和内燃机驱动等多种形式。
1.液压驱动液压驱动是目前盾构机主要的驱动方式之一，其优点是传动平稳、能量转换效率高、响应速度快，具有适应性强等特点。
液压系统还可以实现多轴同步控制，有利于盾构机的精确掏土和定位。
2.电动驱动电动驱动是另一种常见的盾构机主驱动方式，通常采用交直流电机作为动力源，通过齿轮传动将动力传递给刀盘。
电动驱动具有动力大、速度可调、响应灵敏等特点，适用于地铁隧道、城市管线等工程。
3.内燃机驱动内燃机驱动是盾构机主驱动的传统形式，通过内燃机将燃油燃烧产生的能量传递给刀盘，驱动刀盘进行开挖。
内燃机驱动具有功率大、适应范围广等特点，适用于硬岩、长距离等特殊工况。
盾构机主驱动技术的发展趋势是高效化、智能化和环保化。
未来，盾构机主驱动将更加注重能源利用效率，提高动力装置的精度和可靠性，实现更高的工作效率和更低的排放。
随着自动化技术和智能控制技术的发展，盾构机主驱动系统将实现自动化协调、智能调节和远程监控，为地下工程建设提供更便捷、高效的解决方案。
二、刀盘管路优化技术刀盘是盾构机的开挖工具，其运行状态直接影响着开挖效率和质量。
为了提高刀盘的工作性能，刀盘管路的优化设计显得尤为重要。
刀盘管路优化技术主要包括刀盘结构设计、刀具选择、刀具布置以及刀盘动力传递等方面。
1.刀盘结构设计刀盘结构设计是刀盘管路优化的关键内容。
刀盘应具有足够的刚度和强度，以承受切削力和冲击力，并保证开挖的稳定性和安全性。
刀盘还应具有良好的自清洁性和降阻减振性能，以减少切削阻力和延长刀具使用寿命。
液压推进系统在土压盾构机上的应用分析
液压推进系统在土压盾构机上的应用分析发布时间：2021-04-20T09:26:07.793Z 来源：《基层建设》2020年第33期作者：韩鹏[导读] 摘要：土压盾构机的重要作用就是辅助完成隧道项目的全面施工过程，对于隧道挖掘施工的人力资源成本予以最大程度节约，缩短隧道项目的建设施工周期。
中铁隧道股份有限公司河南郑州 450001摘要：土压盾构机的重要作用就是辅助完成隧道项目的全面施工过程，对于隧道挖掘施工的人力资源成本予以最大程度节约，缩短隧道项目的建设施工周期。
土压盾构机的大规模工程机械设施如果要得以安全平稳行驶，则不能缺少液压推进系统的保障与支撑。
在此前提下，目前针对隧道项目建设施工中的土压盾构机应当着眼于优化机械使用性能，合理完善液压推进系统的组成结构。
关键词：液压推进系统；土压盾构机；应用实施要点对于大型的土压盾构机而言，液压推进系统可以为盾构机的持续推进过程提供液压动力，运用液压阀门以及液压油来完成针对盾构机的机械设备驱动操作环节。
由此能够判断得出，土压盾构机的施工机械设备性能关键取决于液压推进系统。
系统设计技术人员必须要结合隧道项目施工的特殊地质环境情况，调整现有的液压推进系统运行使用方式。
一、液压推进系统的基本技术特征在现阶段的大规模隧道项目施工实践中，土压盾构机属于非常关键的隧道掘进施工辅助机械设备。
土压盾构机本身属于大型化与一体化的盾构掘进处理机械设备，其中包含多个液压推进系统单元[1]。
液压推进系统作为盾构机中的核心组成部件而言，其重要功能就是运用动力液压油来驱动盾构机械设备运行。
盾构机械设备由于受到液压阀件的控制与调节作用，因此有效确保了液压马达以及油缸机械部件的伸缩操作过程得以完成。
在动力液压油的驱动影响下，土压盾构机的盾构机械设备部件、刀盘旋转部件、管片部件能够达到协同运行的状态与效果。
土压平衡盾构的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。
土压平衡盾构属封闭式盾构，盾构另一个作用是能够承受来自地层的压力，防止地下水或流砂的入侵。
盾构刀盘液压驱动系统
及过 载保 护等特 点 。
图 １ 采用 变 排量 泵 控 马达 的电 比例 功 率 自适 应 为 的刀盘 液压驱 动 系 统原 理 简 图 液 压 系统 中采用 接 近 开关 实 时检 测刀 盘 的转 速 ．根据 合 适 的策 略控 制 变 量 缸 位移 。 而控 制 变 量泵 排 量 。 成按 负 载 工况 变 化需 继 形
１ 引 言
统发 热 严重 。若 采用 变频 电动机 直接 驱动 刀盘 系统 ， 则
设备 费用 高 ， 制 技术 复杂 。而采 用液 压驱 动 的变排 量 控 泵控 马 达 系统 和变 转 速泵 控 马 达 系统 ．则 可有 效地 解 决这 一 问题 ． 这也 是 盾构 电液驱 动 的发 展趋势 。液 压驱
ｃ ｉ ｅ Ａ ｕ ｅ ｈ ａ ｒｖｎ ｙ ａ ｌ ｙ ｔｍ ｔ ｌｃｒｃｐ ｏ ｏ ｔ ｎ ｌ ｗｅ ｅ ｆ ｄ ｐ ｉ ｉ ｇ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｙ ｔ ｍ ｔ ａ ａ ｌ ｈｎ ． ｃ ￣ ｒ ｅ ｄｄ ｉｇｈ ｄ ｕｉ ｓ ｓ ｉ ｒ ｃ ｅ ｗｉ ｅ ｅ ｔ ｒ ｐ ｒｉ ａ ｈ ｉ ｏ ｏ ｐ ｒｓ ｌ ａ ａ ｔ ｎ ｏ ｔ ｄ ａｓ ｓｅ ｗｉ ｖ ｒ ｂ ｅ － ｖ ｏ ａ ｈ ｉ
采 用 了功 率 自适应 的 比例 反馈 液 压控 制 技术 ， 即系统 输 出功率 始终 与 负载 所 需功 率 相适 应 ，能够 使 刀盘 驱
动 液压 控 制 系统适 应 掘 进 中 的复 杂工 况 ，系统 节 能效
果好。
本 系统 采 用 变量 泵 和定 量 马 达组 成 开式 控 制 回路 驱 动 刀盘转 动 。掘 进 过 程 中刀 盘转 速 是 实时 连 续 可调
方式 中 ，液 压泵 可 以选用 价 格 低廉 、可 靠性 高 的 定量
盾构刀盘主驱动闭式液压系统思路构建和分析
盾构刀盘主驱动闭式液压系统思路构建和分析作者：黎立来源：《山东工业技术》2015年第21期摘要：本文以盾构刀盘主驱动闭液压系统思路构建和分析为题目展开相关讨论，首先对其进行了简要概述，主要从其系统设计、系统调试安装及分析几个方面进行了具体说明，并总结实际工作中的经验，着重从理论方面加以阐述。
希望通过本文初步论述可以为其思路构建与分析工作提供一些可资利用的信息，以供参考。
关键词：盾构;刀盘主驱动;闭式液压系统DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.2390 引言盾构核心部分是刀盘主驱动，在掘进作业中充当主要的工作装置，其技术以电液比例控制为主，总的设计是闭式液压系统。
在具体的工作中，其功能有开挖、稳定、搅拌等，但是随着掘进面积之增大，深度之增加，其功率也会发生相应变化，因而作为液压系统能够有效的满足这些条件，所以倍受青睐，本文就以此展开详细讨论。
1 刀盘驱动液压系统设计本文讨论的是适合于中国具体情况的小排量泵。
（1）刀盘主驱动泵控制模块。
双向变量泵：A4VSG750HD型，2台，750mL/r，局部控制模块如下图1所示。
主要功能：系统过载保护功能，其中2个安全阀做到了有效保证;在换油功能方面，单向阀2个，三位液动（1个）换向阀组成闭式回路，达到换油控制;溢流阀调节控制可按远程比例实现压力控制，反馈簧经转换可控制压力，从而达到泵排量、控制压力间的线性比例，从而使变量达到控制;电磁换向阀控制压力油导入方向，可以切换象限（主驱动泵变量机构的工作象限），吸油与压油出现切换，即可实际使刀盘的转向得到控制。
（2）刀盘转速控制。
变量泵、变量马达一起可组成闭式容积调速回路，也即是实现转速控制的主要方法。
通常来讲，刀盘转速大小与以下所述关系明确：qp——刀盘主驱动变量泵的排量;zp——刀盘主驱动变量泵的数量;qm——刀盘主驱动变量马达的排量;zm——刀盘主驱动变量马达的数量;i——刀盘主驱动装置减速器与大齿圈的总减速比;ndm——刀盘主驱动电机的转速;以上所述都决定着转速，并对其进行着控制。
盾构刀盘变转速液压驱动系统
盾构刀盘变转速液压驱动系统
郑久强;龚国芳;胡国良;杨华勇
【期刊名称】《工程机械》
【年(卷),期】2006(037)004
【摘要】设计了盾构刀盘变转速液压驱动系统.采用AMESim仿真工具对该系统进行了仿真建模分析.仿真结果表明刀盘变转速液压驱动系统能够实现泵输出流量随系统负载改变而改变,即负载适应.该系统液压回路简单,噪声低,调速范围宽,节能效果好.有望在盾构刀盘驱动系统中得到广泛应用.
【总页数】3页(P36-38)
【作者】郑久强;龚国芳;胡国良;杨华勇
【作者单位】浙江大学流体传动及控制国家重点实验室;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU6
【相关文献】
1.基于AMESIM的EPB盾构刀盘液压驱动系统的仿真研究
2.盾构刀盘液压驱动系统
3.盾构刀盘变转速液压驱动系统节能仿真分析
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5.再制造盾构机刀盘液压驱动系统的可靠性分析
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" 刀盘液压驱动系统 ２．１ 变排量泵控马达刀盘液压驱动系统
本系统主要由液压泵站 # 阀块组 # 管路 # 驱 动 液 压 马达 # 减速器 # 大小齿轮 #主轴承及密封件等组成 " 液压 马达驱动刀盘旋转 ! 刀盘转速及力矩通过液压系统供 油压力和流量调节 ! 该系统具有体积小 ! 便于刀盘调速 及过载保护等特点 " 图 １ 为采用变排量泵控马达的电比例功率自适应 的刀盘液压驱动系统原理简图 " 液压系统中采用接近 开关实时检测刀盘的转速 ! 根据合适的策略控制变量 缸位移 ! 继而控制变量泵排量 ! 形成按负载工况变化需
３１
收稿日期 &２００５－０５－２３ 作 者 简 介 ： 郑 久 强 （１９７４－）， 男 ! 福 建 宁 德 人 ! 硕 士 生 ! 主 要 从 事 流 体 传 动 与 控制技术方面的研究工作 "
Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ ＆ Ｓｅａｌｓ ／ Ｎｏ．４ ２００５
要进行连续实时可控的刀盘驱动液压控制系统 ! 由于 采用了功率自适应的比例反馈液压控制技术 " 即系统 输出功率始终与负载所需功率相适应 " 能够使刀盘驱 动液压控制系统适应掘进中的复杂工况 " 系统节能效 果好 ! 本系统采用变量泵和定量马达组成开式控制回路 驱动刀盘转动 ! 掘进过程中刀盘转速是实时连续可调 的 " 可通过调节变量泵 １１ 排量实现转速调节 ! 压力传 感器 ３ 的信号可实时反馈到主泵比例阀上 ! 整个系统 可实现两种工况 " 即软岩工况时的低速大扭矩和硬岩 工况时的高速小扭矩 " 两种工况转换可通过控制电磁 换向阀 ６ 来实现 ! 当电磁铁 Ｃ 失电时 " 溢流阀 ７ 确定系 统 压 力 " 此 时 " 系 统 压 力 为 １０ ＭＰａ " 输 出 扭 矩 小 " 但 流 量大 " 输出转速高 # 当电磁铁 Ｃ 得电时 " 溢流阀 ８ 确定 系 统 压 力 " 此 时 " 系 统 压 力 为 ２０ ＭＰａ" 输 出 扭 矩 大 " 但 流量小 " 输出转速低 ! 马达 ２ 的正反转可通过电液换向 阀 ４ 来控制 " 电磁铁 Ｂ１ 得电 " 马达正转 " 电磁铁 Ｂ２ 得 电 " 马达反转［３ $４］!
１．９４ ５８
１ ３１．８
０．２１ ４５．４
１ ３１．８
１．９４ ５８
参考文献 &
# 系统特点 ’１ ( 采 用 了 液 压 传 动 与 ＰＬＣ 控 制 相 结 合 由 ＰＬＣ
发出指令控制液压系统动作 " 根据不同的型材规格 " 其
［１］ 官忠范 ． 液压传动系统 ［Ｍ］" 北京 ： 机械工业出版社 "１９９７． ［２］ 龚炳锌" 机电一体化技术应用实例［Ｊ］" 北京 &机械工业出版社 "１９９４． ［３］ 雷天觉 " 液压工程手册 ［Ｍ］" 北京 & 机械工业出版社 " １９９１．
惯性小 % 便于自动控制 # 整个动作可单独手动也可自动 控制 " 使操作具有灵活性 # ’２ ( 采用了恒压变量柱塞泵技术 主机行走马达采 用溢流阀 % 单向阀组成的桥式回路 " 使主机行走马达双 向都能制动且制动力相同 # 采用单向节流阀 % 液控单向 阀技术 " 使执行机构速度可调 " 使升降液压缸在换向阀 中位时 " 不会因负载而出现回退现象 # ’３ ( 泵电动机组有安全保护设 施 泵 出 口 处 设 有 电磁调压组件 " 压力表及电接点压力表双重保护 " 控制 系统工作压力 # 电动机起动时 " 电磁溢流阀得电 "１０ ｓ 后电磁溢流阀失电 " 电动机不带载起动 " 起到保护电动 机的作用 # ’４ ( 中压系统 保证了流量不太大并减少泄漏 # ’５ ( 无备用泵 受结构的限制 " 不采用备用泵 " 可使
表 " 型材翻面机各动作流量及时间分布表
动作顺序 持续时间 ／ｓ
液压流量 ／ Ｌ ) ｍｉｎ－１
结构更紧凑 #
行走 翻转
行走
夹紧
翻转
行走
松开
’６ ( 无冷却系统 现场调查结果表明 " 其环境温度 平均在 ２８! 左右 " 加之液压系统安装在行走小车上 " 不 便于安装冷却水管 #
１ ３１．８
０．４３ ４７．１
３２
# 结束语
液压驱动系统以其驱动功率大 $ 功率 " 体积比大 $
& 下转第 ３０ 页 ’
液压气动与密封 !"#$% 年第 & 期
控制程序可调 # 采用液压传动 " 使整个装置结构紧凑 %
表 ! 液压系统主要参数表
项目名称 系统额定压力 ／ＭＰａ 系统工作压力 ／ＭＰａ ) 系统工作流量 ／ Ｌ ｍｉｎ－１ 主要参数 项目名称 电动机功率 液压泵 溢流阀 规格及型号
图 " 变转速的刀盘液压驱动系统原理简图
１ % 减速机
２ % 马达
３ % 压力传感器 ４ % 三位四通电磁换向阀 ９ % 插装阀 １０ % 定量泵
５ % 单向阀
６ % 二位四通电磁换向阀 ７ % 低压溢流阀
８ % 高压溢流阀
三相电源拉入变频器的输入侧 " 经过变频器的控 制信号 " 变频器将 ３８０ Ｖ／５０ Ｈｚ 的工频电源变换成特定
盾构刀盘液压驱动系统
郑久强 ! 龚国芳 ! 胡国良# 杨华勇
（浙江大学 流体传动及控制国家重点实验室 !浙江 杭州 ３１００２７）
摘 要 ： 刀盘驱动液压系统是盾构液压系统的重要组成部分 " 本文简要介绍电比例功率自适应控制和变频驱动控制两种刀
盘液压系统及其工作原理和特点 " 该驱动系统与阀控系统相比 ! 具有结构简单 # 技术先进 # 性能可靠等特点 ! 特别是节能效果 明显 " 关键词 ： 液压系统 % 盾构 % 刀盘驱动 % 系统设计 中图分类号 ： ＴＨ１３７
功率自适应的刀盘驱动液压系统回路是靠改变变量泵 排量来调节执行元件的运动速度的 ! 变转速泵控马达 系统是一种通过改变电动机的转速来改变泵输出流量 而达到调速的方式 " 它与改变变量泵排量方式不同 " 是 通过交流变频调速实现执行元件的调速 ! 在这种调速 方式中 " 液压泵可以选用价格低廉 $ 可靠性高的定量 泵! 在图 １ 原理基础上 " 将变量泵用定量泵 ! 普通电 动机 ! 变频器替代 " 成为采用变转速泵控马达系统的 盾构刀盘液压驱动系统 " 其原理简图如图 ２ 所示 !
１ % 三位四通电磁换向阀 ７ % 低压溢流阀 １１ % 变量泵
５ % 单向阀
６ % 二位四通电磁换向阀
８ % 高压溢流阀
９ % 插装阀 １０ % 电动机
２．２ 变转速泵控马达刀盘液压驱动系统
本系统主要由变频器 $ 工控机 $ 定量泵 $ 阀块组 $ 管 路 $ 驱动液压马达 $ 减速器 $ 大小齿轮 $ 主轴承及密封件 等组成 ! 改变变量泵的排量或改变电动机转速均可改变泵 的输出流量 "以达到改变执行元件速度的目的 ! 电比例
! 引言
近年来 ! 随着城市化进程加快 ! 我国城市市政工程 建设的规模越来越大 " 北京 # 上海 # 广州 #深圳等主要城 市都己相继开始了地铁工程的建设 " 在城市地铁隧道 施工中 ! 由于受到施工场地 # 道路交通等城市环境因素 的限制 ! 传统的施工方法难以胜任 ! 只能依赖对城市正 常机能影响较小的隧道施工方法 $ $$ 盾构施工法 " 因 此 !盾构隧道施工及盾构机技术越来越受到关注 " 可以 预见 ! 盾构隧道施工及盾构掘进机产业在我国的发展 前景非常广阔 " 刀盘是盾构掘进机的重要组成部分 ! 是进行掘进 作业的主要工作机构 " 盾构刀盘驱动系统具有功率大 # 功率变化范围宽的特点 " 由于负载是随断面的土质状 况变化的 ! 切削硬岩和切削软土所需的切削力矩及转 速的变化很大 " 如果采用阀控马达的系统形式 ! 系统功 率必然按所需的最大功率设计 ! 在遇到欠负载工况时 ! 系统效率低下 ! 大量的功率将通过热的形式耗散 ! 使系
!!! 文献标识码 &Ａ
文章编号 &１００８－０８１３ ’２００５ (０４－００３１－０３
Ａ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃｕｔｔｅｒｈｅａｄ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ ｂｏｒｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ
ＺＨＥＮＧ Ｊｉｕ－ｑｉａｎｇ!ＧＯＮＧ Ｇｕｏ－ｆａｎｇ!ＨＵ Ｇｕｏ－ｌｉａｎｇ!ＹＡＮＧ Ｈｕａ－ｙｏｎｇ （Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ， Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７， Ｃｈｉｎａ）
９ ７ ５８
１１ ｋＷ"９７０ ｒ # ｍｉｎ ６３ＬＣＹｌ４－１Ｂ ＤＢＷｌｏＡ２－３０ # １００Ｇ２４ＮＺ４
３．３ 各动作流量及时间分配
表 ２ 为型材翻面机各动作顺序 % 持续时间及所需 流量 $ 由表 ２ 可知 " 一个工作周期所需时间为 ７．５２ ｓ"最 大流 量 为 ５８ Ｌ／ｍｉｎ " 符 合 工 艺 要 求 " 所 选 液 压 泵 % 电 动 机合理 $
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可远距离传送 ! 多头输出等优点 " 显示出极大的优越 性 # 目前变排量泵控马达系统在盾构上已得到广泛的 使用 " 并通过试验发现 " 盾构推进 １ ｍ" 液压系统的温升 仅 ８! （冷却器关闭条件下）$ 说明该系统实现泵与负载 间的功率匹配较好 " 避免了压力与流量损失 " 能量损失 小 $ 在变转速泵控马达系统中 "通过改变电动机的转速 来控制泵的输出流量 " 输出的流量随负载的大小而改 变 " 其主要优点是液压回路简单 % 噪声低 ! 调速范围宽 ! 没有溢流损耗 ! 系统发热减少 ! 系统的寿命和可靠性 高 " 节能效果明显 $ 它是一种全局型的新型节能液压驱 动方式［５－８］"有望在盾构中得到广泛应用 $