日立盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)液壓系統(tǒng)分析

李偉鵬

摘 要：盾構(gòu)機(jī)在地鐵施工過程當(dāng)中起著重要的作用，盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)也相對復(fù)雜，推進(jìn)液壓系統(tǒng)作為盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)的重要部分，在盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。本文對日立造船公司設(shè)計(jì)的EPB6150土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)液壓系統(tǒng)的組成、控制方式和工作模式作了詳細(xì)的介紹。針對其推進(jìn)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，總結(jié)出其優(yōu)點(diǎn)和不足。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；推進(jìn)；液壓系統(tǒng)

中圖分類號：U455.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0064-02

1 引言

近年來，隨著城市地鐵建設(shè)的全面開展，盾構(gòu)施工法以其自動化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時(shí)可控制地面沉降、減少對地面建筑物的影響等諸多優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用[1]。盾構(gòu)機(jī)是依靠液壓馬達(dá)或變頻電機(jī)驅(qū)動刀盤旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過油缸作用于成型管片后實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)前進(jìn)。推進(jìn)系統(tǒng)作為盾構(gòu)機(jī)的主要工作系統(tǒng)，在盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)中起著十分重要的作用，本文著重介紹日立造船公司設(shè)計(jì)的EPB6150土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)液壓系統(tǒng)的組成、控制方式和工作模式。

盾構(gòu)機(jī)在地下施工時(shí)，土層會給其各種阻力，推進(jìn)系統(tǒng)就是為了克服這種阻力而設(shè)計(jì)的。推進(jìn)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)[2]。日立盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)液壓系統(tǒng)的動力由一臺斜盤式變量柱塞泵提供，泵的排量可通過實(shí)際需要來調(diào)節(jié)斜盤角度；執(zhí)行元件由22根油缸組成，分為四組，構(gòu)成上下左右四個(gè)分區(qū)；控制部分由壓力控制部分，推進(jìn)選擇控制，換向控制，安全閥等組成。

2 推進(jìn)系統(tǒng)控制部分功能

2.1 壓力控制

壓力控制部分包括系統(tǒng)壓力控制閥組和4個(gè)單向減壓閥組成。壓力控制閥組設(shè)計(jì)在泵出口處，油缸不工作時(shí)，泵卸荷；油缸工作時(shí)根據(jù)模式不同，限制系統(tǒng)壓力。4個(gè)減壓閥出口處分別接壓力傳感器，傳感器可將出口油壓顯示到操控面板，操作手根據(jù)實(shí)際情況，通過調(diào)節(jié)減壓閥實(shí)現(xiàn)對油缸伸出壓力的控制。

2.2 推進(jìn)選擇控制

推進(jìn)液壓系統(tǒng)采用了分區(qū)控制，分為上下左右四個(gè)分區(qū)，各分區(qū)除控制油缸數(shù)量不同外控制方式基本相同，因此，本文只對其中一個(gè)分區(qū)進(jìn)行研究。圖1即為單個(gè)分區(qū)的推進(jìn)選擇閥組原理圖。

工作原理如下：進(jìn)油時(shí)，經(jīng)減壓閥出口進(jìn)入P口，若電磁閥3不得電，電磁閥芯處于左位，液控閥2處于關(guān)閉狀態(tài)；若電磁閥得電時(shí)，電磁閥芯移動到右位，液控閥處于打開狀態(tài)，油液通過液控閥，打開液控單向閥1，由SJ口進(jìn)入油缸大腔?；赜蜁r(shí)，油缸大腔油液通過SJ口進(jìn)入，PP口進(jìn)油打開液控單向閥，電磁閥和液控閥作用和進(jìn)油時(shí)原理一致，可控制油液是否通過。由此可見，可通過控制電磁閥得電與否，來實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)油缸的伸縮控制。圖1中Z口接安全閥，PM口接換向閥組隨動控制出口，D口為泄油口。

2.3 其他部分功能

安全閥用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過高意外壓力，保護(hù)系統(tǒng)不因?yàn)榇硕鴵p壞。

換向控制由控制油缸伸縮的換向閥，給液壓鎖的供油的開關(guān)閥以及控制油缸隨動功能的換向閥集合而成。

3 工作模式介紹

3.1 掘進(jìn)模式

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，由溢流閥限定的系統(tǒng)最大工作壓力為33MPa，泵提供的壓力油進(jìn)入換向控制閥組，換向閥切換到推進(jìn)油缸伸位（掘進(jìn)模式縮位無效），壓力油通過換向閥后分四路同時(shí)進(jìn)入減壓閥，操作手可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)其壓力，減壓后的液壓油進(jìn)入油缸推進(jìn)選擇閥，推進(jìn)選擇閥對應(yīng)油缸的電磁閥得電，油液依次流過液控?fù)Q向閥、液控單向閥進(jìn)入油缸無桿腔，油缸有桿腔內(nèi)液壓油經(jīng)電磁換向閥回油至油箱，油缸伸出。

3.2 管片模式

管片模式有兩個(gè)動作，需拼裝管片的油缸縮回；管片拼裝到位后，對應(yīng)油缸伸出頂住管片。油缸縮回時(shí)，系統(tǒng)最大油壓為21MPa；油缸伸出時(shí)，為了防止刀盤與掌子面抵緊使刀盤啟動力矩過大，系統(tǒng)限定的最大油壓為8MPa。油缸縮回時(shí)，換向閥切換到推進(jìn)油缸縮位，同時(shí)控制液控單向閥打開的開關(guān)閥動作，控制油打開液控單向閥。此時(shí)，壓力油流經(jīng)換向閥，進(jìn)入油缸有桿腔，需縮回的油缸對應(yīng)選擇閥得電，液控閥打開，油缸無桿腔液壓油通過推進(jìn)選擇閥、單向減壓閥的單向閥進(jìn)入換向閥回油箱，油缸縮回。管片模式油缸伸出動作原理與掘進(jìn)模式基本一致。

4 結(jié)語

日立盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)上充分利用成熟技術(shù)，與海瑞克的推進(jìn)液壓系統(tǒng)相比[3]，控制油缸伸縮的方式上有著明顯的不同，通過插裝閥的使用，使系統(tǒng)更為簡單高效，閥塊體積較小，利于布置，同時(shí)也降低了成本；減少電磁換向閥在系統(tǒng)中的使用，提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，提高了液壓系統(tǒng)的可靠性，減少了系統(tǒng)的故障率。但稍顯不足的是，由于盾構(gòu)機(jī)完成一個(gè)標(biāo)段之后，會重新拆裝機(jī)進(jìn)入下一個(gè)標(biāo)段，本系統(tǒng)實(shí)際連接過程中使用了較多液壓軟管，不利于安裝調(diào)試工作的進(jìn)行，對日后的維護(hù)工作也會造成一定困難。

參考文獻(xiàn)

[1]朱偉，陳仁俊.盾構(gòu)隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀及展望（第1講）——盾構(gòu)隧道基本原理及在我國的使用情況[J].巖土工程界，2001，（11）.

[2]陳啟松.液壓傳動與控制手冊[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2006.

[3]莊欠偉，龔國芳，楊華勇.盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)分析[J].液壓與氣動，2004，（4）.