日立盾構(gòu)機(jī)流體系統(tǒng)再制造設(shè)計(jì)分析

摘 ?要：本文闡述了天業(yè)通聯(lián)2010年制造的含號(hào)盾構(gòu)機(jī)的泡沫系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)的再制造設(shè)計(jì)，以上三個(gè)系統(tǒng)為舊機(jī)原配，通過(guò)再制造設(shè)計(jì)以后可以適應(yīng)新的地質(zhì)、新的管片規(guī)格要求，通過(guò)舊件的檢測(cè)、分類、利用，最大程度的節(jié)約新購(gòu)成本，滿足功能需求。通過(guò)升級(jí)設(shè)計(jì)使其盾構(gòu)機(jī)泡沫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“單口單管單泵單控”功能，這也是行業(yè)內(nèi)最新的設(shè)計(jì)要求。此外再制造后注漿系統(tǒng)的注入量提高一倍、注漿密封性能更好。推進(jìn)系統(tǒng)能力得到提高，同時(shí)又防止管片出現(xiàn)“踩縫”風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)盾構(gòu)機(jī)再制造的設(shè)計(jì)，充分的節(jié)約能源、成本，同時(shí)提高盾構(gòu)機(jī)原機(jī)的工作能力。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī);泡沫系統(tǒng);注漿系統(tǒng);推進(jìn)系統(tǒng);再制造

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2021）03-0000-00

盾構(gòu)機(jī)擴(kuò)徑改造過(guò)程中，泡沫系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的提高、升級(jí)。本文重點(diǎn)介紹日立盾構(gòu)機(jī)流體系統(tǒng)的再制造過(guò)程。

1泡沫、加泥系統(tǒng)

對(duì)原有泡沫系統(tǒng)做重新設(shè)計(jì)，全面提升泡沫系統(tǒng)的可靠性和可操控性。由4路泡沫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單管單泵單控，向刀盤和胸板注入泡沫。用1臺(tái)螺桿泵替代原有軟管泡沫原液泵;原泡沫給水泵作為新泡沫系統(tǒng)的水泵繼續(xù)使用，原泡沫動(dòng)力柜更改泡沫給水泵的變頻控制和混合液攪拌電機(jī)的控制。需新增泡沫混合箱，新增25L/min的螺桿泵4臺(tái)，更改輔助機(jī)內(nèi)控制箱和閥箱的相關(guān)設(shè)置，流量計(jì)、傳感器、泡沫槍、氣動(dòng)閥等使用舊件。電氣程序相應(yīng)變更，觸摸屏上能顯示4路泡沫管路，可以在觸摸屏上對(duì)每路參數(shù)進(jìn)行設(shè)置操作。真正實(shí)現(xiàn)單管單泵單控，最大程度上利用原系統(tǒng)舊件，降低成本。

綜合檢測(cè)程序及傳感器，確保司機(jī)室內(nèi)顯示氣動(dòng)球閥的開合與實(shí)際動(dòng)作完全一致，如圖1，圖2，圖3所示。

原加泥系統(tǒng)滿足“加泥系統(tǒng)設(shè)置2路;刀盤面板、土倉(cāng)倉(cāng)壁及螺旋輸送機(jī)應(yīng)設(shè)有各自獨(dú)立的添加劑（膨潤(rùn)土泥漿、泡沫、聚合物）注入管路和注入口，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)泡沫、加泥兩個(gè)注入系統(tǒng)的管理。能在盾構(gòu)機(jī)操作室的操作面板上對(duì)添加劑加注作業(yè)的所有參數(shù)進(jìn)行控制”，如表1所示。

2泡沫注入系統(tǒng)再制造后校核

主機(jī)在最大推進(jìn)速度8cm/min 下掘進(jìn)時(shí)，開挖量按如下公式計(jì)算：

式中：Q——開挖量;V——掘進(jìn)速度

D——開挖直徑

泡沫注入能力計(jì)算：

式中：Q1——泡沫注入量;n——泡沫混合液泵數(shù)量

1——發(fā)泡率; ——膨脹率

泡沫注入率：

在主機(jī)最快的掘進(jìn)速度下，設(shè)備有154%的泡沫注入率，可以滿足工程需要。

3注漿系統(tǒng)

在2號(hào)臺(tái)車左側(cè)，增設(shè)一臺(tái)注漿泵，配齊流量計(jì)、壓力傳感器等系統(tǒng)附件。同時(shí)單獨(dú)增加一套液壓驅(qū)動(dòng)泵站，滿足三臺(tái)注漿泵同時(shí)工作。

原有1#臺(tái)車兩臺(tái)注漿泵繼續(xù)使用，原有管路上兩路流量計(jì)和壓力傳感器繼續(xù)使用，此兩臺(tái)注漿泵注漿量均為150L/min，每臺(tái)注漿泵一個(gè)出口。新增注漿泵，注漿量為260L/min，此臺(tái)注漿泵為雙缸雙出口，每個(gè)出口注漿量為130L/min，這樣可保證注漿口為四個(gè)。因三臺(tái)泵排量均為變頻控制，所以可保證注漿量均勻可調(diào)。三臺(tái)注漿泵注漿壓力均可達(dá)4Mpa，在操作室的輔助系統(tǒng)操作屏幕上進(jìn)行對(duì)注漿系統(tǒng)的操作：通過(guò)對(duì)電磁閥的控制啟停泵的輸出，通過(guò)對(duì)變頻器的頻率調(diào)節(jié)控制注漿的流量、壓力，通過(guò)對(duì)氣動(dòng)球閥的控制選擇注漿管路。每一路注漿管路上增加電磁流量計(jì)，當(dāng)此管路注漿時(shí)，按每秒進(jìn)行流量統(tǒng)計(jì)，每路管路的實(shí)時(shí)流量及環(huán)注漿流量統(tǒng)計(jì)、累計(jì)注漿流量統(tǒng)計(jì)均顯示在操作屏幕上。

原有兩臺(tái)注漿泵已有注漿泵和注漿管路清洗回路，原注漿系統(tǒng)已經(jīng)配備注漿槍清洗回路，只需新增注漿泵和注漿管路的沖洗系統(tǒng)，保證停機(jī)時(shí)管路不留漿液。在輔助屏幕界面上增加注漿泵、管路沖洗功能，可進(jìn)行沖洗操作，如圖4所示。

原注漿系統(tǒng)所有流體元件均可使用在改造后的注漿系統(tǒng)中，僅需將管路進(jìn)行部分改動(dòng)即可，兼容性非常好。

4注漿系統(tǒng)再制造后校核

主機(jī)在最大推進(jìn)速度8cm/min 下掘進(jìn)時(shí)，所需要的注漿量（100%）按如下公式計(jì)算：

式中：Q0——100%注漿量;V——掘進(jìn)速度

D——開挖直徑;d——管片外徑

而設(shè)備中A液泵的泵送能力為500L/min

注漿率：

5推進(jìn)液壓系統(tǒng)

增加兩根推進(jìn)油缸（與原機(jī)油缸相匹配）及相應(yīng)液壓部件;推進(jìn)油缸的布局，滿足管片K塊拼裝點(diǎn)位有對(duì)應(yīng)的油缸，改變?cè)簤河透追植夹褪剑纯衫迷杏透祝帜鼙ＷC不踩縫，如圖5所示。

推進(jìn)系統(tǒng)增加兩根油缸，原推進(jìn)泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，推進(jìn)閥組均能滿足8cm/min的推進(jìn)速度，因推進(jìn)泵和推進(jìn)閥組均有很大余量，只需調(diào)大放大板參數(shù)從而調(diào)節(jié)比例閥電流，控制推進(jìn)泵斜盤角度增大即可。

利用原推進(jìn)系統(tǒng)所有閥芯，僅需改變油缸分組方式，新增兩組選擇閥芯，原推進(jìn)選擇6聯(lián)閥組可直接使用。原機(jī)采用上下各6，左右各5的油缸分區(qū)方式，改造后采用上下左右各6根油缸的分區(qū)方式，布置更合理，如圖6所示。

6推進(jìn)所需推力校核計(jì)算

盾構(gòu)機(jī)的推力，根據(jù)下列各阻力的總和再加上余量而決定，如表2所示。

推進(jìn)阻力：F

F1——盾構(gòu)機(jī)外表面的土壓所產(chǎn)生的摩擦阻力

粘土的情況下：

砂質(zhì)土的情況下：

F2——管片與盾尾內(nèi)面的摩擦阻力

F3——后方臺(tái)車的牽引阻力

F4——前方阻力

式中：μ1——鋼與土的摩擦系數(shù)= 0.30

μ2——鋼與混凝土的摩擦系數(shù)= 0.40

μ3——車輪與軌道的摩擦系數(shù)= 0.20

Pm——作用于盾構(gòu)機(jī)本體的平均土壓

Pf——加在前方的全土壓

W——盾構(gòu)機(jī)自重=3400.00（kN）

G1——后方臺(tái)車重量=120.00 （t）

G2——管片重量=20.00 （ t ）

D0——盾構(gòu)機(jī)外徑= 6.700 （m）

L——盾構(gòu)機(jī)機(jī)長(zhǎng)=8.780 （m）

8結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)泡沫系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)的升級(jí)改造設(shè)計(jì)，使盾構(gòu)機(jī)的泡沫注入量、注漿能力、推進(jìn)能力滿足新機(jī)的使用要求，充分利用舊件、通過(guò)針對(duì)性的再制造設(shè)計(jì)，減少成本輸入、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染。

收稿日期：2021-02-05

作者簡(jiǎn)介：馬俊江（1986—），男，河北秦皇島人，本科，工程師，研究方向：機(jī)械工程及隧道掘進(jìn)裝備。

Abstract：This article describes the remanufacturing design of the foam system， grouting system， and propulsion system of the shield tunneling machine manufactured by Tianye Tonglian in 2010. The above three systems are the original equipment of the old machine and can be adapted to the new after remanufacturing design. Geological and new segment specifications， through the detection， classification， and utilization of old parts， the new purchase cost can be saved to the greatest extent， and the functional requirements can be met. By upgrading the design， the shield machine foam system realizes the function of "single port， single tube， single pump， and single control"， which is also the latest design requirement in the industry. In addition， the injection volume of the grouting system after remanufacturing is doubled， and the grouting sealing performance is better. The capability of the propulsion system has been improved， while preventing the risk of "stepping on the seam" of the segment. Through the design of shield machine remanufacturing， energy and cost are fully saved， and at the same time， the working capacity of the original shield machine is improved.

Keywords：shield machine; foam system; grouting system; propulsion system; remanufacturing