盾构机液压系统原理[海瑞克]

盾构机液压系统原理

一.液压系统原理

盾构机的绝大部分工作机构主要由液压系统驱动来完成，液压系统可以说是盾构机的心脏，起着非常重要的作用。这些系统按其机构的工作性质可分为：

1. 盾构机液压推进及铰接系统

2. 刀盘切割旋转液压系统

3. 管片拼装机液压系统

4. 管片小车及辅助液压系统

5. 螺旋输送机液压系统

6. 液压油主油箱及冷却过滤系统

7. 同步注浆泵液压系统

8. 超挖刀液压系统

以上8个系统除同步注浆泵液压系统在1号拖车、超挖刀液压系统在盾壳前体为两个独立的系统外，其余6个液压系统都共用一个油箱，并安装在2号拖车上组成一个液压泵站。有的系统还相互有联系。下面就分别介绍一下以上8个液压系统的作用及工作原理。

(一)盾构机液压推进及铰接系统

1. 盾构机液压推进

（1）盾构机液压推进系统的组成

盾构机液压推进系统由液压泵站，调速、调压机构，换向控制阀组及推进油缸组成，30个油缸分20组均布的安装在盾构中体内圆壁上（见图），并分为上、下、左、右四个可调整液压压力的区域，为盾构机前进提供推进力、推进速度，通过调整四个区域的压力差来实现盾构机的

转弯调向及

纠偏功能。铰接系统的主要作用是减小盾构机转弯或纠偏时的曲率半径

上的直线段，从而减少盾尾与管片、盾体与围岩间的摩擦阻力。

（2）推进系统液压泵站：

推进系统的液压泵站是由一恒压变量泵（1P001）和一定量泵

（1P002）组成的双联泵，功率为75KW，恒压变量泵为盾构的前进提供

恒定的动力。恒压泵的压力可通过油泵上的电液比例溢流阀（A300）调

整，流量在0-q

范围内变化时，调整后的泵供油压力保持恒定。恒压m a x

式变量泵常用于阀控系统的恒压油源以避免溢流损失。

由恒压变量泵输出的高压油分别送达A、B、C、D四组并联的推进方向控制阀组，经过阀组的流量、压力调整和换向后再去控制推进油缸，从而使推进油缸的推进速度、推力大小及方向得到准确控制。因每组油缸的控制原理都一样，下面就以B组中的第一个油缸控制为例，介绍其作用和工作原理。

油泵输出的高压油经高压管路由B组的P口进入，一路径F1（过滤）→A111（流量调整）→A101（压力调整）→经电液换向阀进入推进油缸。缸的快进快退，提高工作效率。A783控制的插装阀。A403为推进油缸底端预卸荷阀。阀组中还有液控单向阀、载荷溢流阀，以及A256压力传感器和油缸行程传感器。四组阀组中的电液换向阀的液控油由定量泵（1P002）经减压阀（1V034）提供。

2. 铰接装置工作模式分三种：

铰接装置的动力来源于推进系统的液压泵站中的定量泵（1P002），铰接装置的加载和卸载由（A349）

两位两通电液阀控制。

（1）铰接回收（PULL或

RETRACTION）模式(减小铰接间

隙)，定量泵输送来的高压油从阀

快（2C001）P口进入，此时（H001）

不得电截止，（H002）得电导通，

高压油进入铰接油缸的有杆腔使

铰接油缸回收。

（2）铰接保持（HOLD或FREE）模式（浮动模式），该模式下（H001、H002）都不得电截止。铰接油缸有杆腔的油被封闭，油量保持不变，被

封闭的油在所有相互并联的有杆腔内互相补偿，直线推进时保持铰接间隙，转弯时处于浮动状态。

（3）铰接释放（RELEASE或LOOSE）模式（伸长模式），当（H001）得电导通，（H002）无电截止时，铰接油缸有杆腔的油接通低压，在盾构机推进时，因盾尾的阻力使铰接油缸被拉长，达到增大铰接间隙的目的。该油路中还设有负载溢流阀（V2）、压力传感器（H005）及铰接间隙长度传感器。另外可以通过（2V003、2V004、）的导通和截止达到铰接保持和铰接释放功能。但当（2V003、2V004）两个阀的截止，在铰接油缸有杆腔的压力过高时(盾构机推进时，盾尾如果被卡住)，因无压力传感器的压力显示和载荷溢流阀的溢流，可能会使铰接油缸损坏或油管爆裂。

(二)刀盘旋转液压系统

刀盘旋转系统可分为补油回路、主工作回路、外部控制供油泵、主泵外部控制回路、马达外部控制回路。刀盘旋转系统是为刀盘切割岩石或土壤时提供转速和扭矩，要求根据岩石地质的变化转速能够方便的调整。为了得到较大的功率和扭矩，该系统采用3台315KW的双向变量液压泵并联，带动8台双向两速低速大扭矩液压马达。下面分别介绍各回路的作用及工作原理。

补油回路：因主工

作回路是闭式回路，加

之系统功率大，需要进

行补油和散热，所以设

置了一套补油回路对

其进行补油和散热。为

增大散热效率，补油回

路采用了55KW低压大

流量的定量泵来带走

闭式回路中的大量热

量，同时也对其进行了

补油。补油泵从油箱泵

出的油经两个滤清器

（1F001、1F002）进入

3个主泵的E口，并通

过两个单向阀分别对

闭式回路的低压端进行补油，然后经主泵的高压端为液压马达提供动力油。从马达返回的携带热量的低压油又回到主泵，一部分又进入主泵的高压端，一部分经排放阀从主泵的K1口流出，并经一节流阀流回油箱进行冷却。补油回路中还设有蓄能器和压力传感器，蓄能器是保证回路的压力平稳。主工作回路由主泵和液压马达组成，主泵是一315KW的双向变量泵，在主泵的主回路中有补油单向阀、载荷溢流阀、及低压排放阀，主泵的控制回路有主泵斜盘伺服油缸及双向伺服控制阀，司服阀由

外部控制回路调压控制，以便实现换向和无级调速。两个补油单向阀分

别向低压侧进行补油，另一个带弹簧符号的单向阀是当两侧回路都较高或相等时（如：主泵斜盘角度为0时），补油直接通过它，并经节流阀（1Z017）返回油箱。载荷溢流阀当载荷过大时使过高的压力油泄至低压侧，以达到保护系统不受损坏。排放阀用于闭式系统多余的热油经低压侧排放回油箱。节流阀（1Z017）是保证排放出的压力油与油箱之间形成约20bar的压差。

主泵控制回路用于控制其斜盘的±角度，以实现刀盘的正反转及转速的无级调整。外来控制油经换向阀（1V002）到达司服阀的左右端，使司服油缸的无杆腔进油和排油来实现活塞杆的左右移动，从而完成斜