盾构机液压系统原理

盾构机液压系统原理之马矢奏春创作创作时间：二零二一年六月三十日二. 液压系统原理盾构机的绝年夜部份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自力的系统外 ,其余 6 个液压系 统都共用一个油箱 ,并装置在 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 .（二） 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 组均布的装置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0qmax范围内变动时,调整 后的泵供油压力坚持恒定.恒压式变量泵经常使用于阀控系统 的恒压油源以防止溢流损失.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、推力年夜小 及方向获得准确控制.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.1Z0052.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创作时间：二零二一（1P002 ），铰接装置的加载和i1V034I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）铰接坚持（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 油量坚持不变，被封闭的油在所有相互并联的有杆腔内互相赔偿，直线推进时坚持铰接间隙，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 油接通高压，在盾构机推进时，因盾尾的阻力使铰接油缸被拉 长，达到增年夜铰接间隙的目的.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坚持和铰 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.（三）刀盘旋转液压 系统寻Nd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ON_DO.jSQ bar0H|TSFd -畧q5字NdSII-NQ思三口O尹芝五亍-LL.O尹农 L0r- 代 一O尹农- -1Z020创作时间：二零一年月三十日-W / 丫008 !提供转速和扭矩 ,要求根据岩石地质的变动转速能够方便的调 整.为了获得较年夜的功率和扭矩 ,该系统采纳 3 台 315KW 的 双向变量液压泵并联 ,带动 8 台双向两速低速年夜扭矩液压马 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 ,加之系统功率年夜 , 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 .为增年夜散热效率 ,补油回路采纳了 55KW 高压年夜流 量的定量泵来带走闭式回路中的年夜量热量 , 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 回路的高压端进行补油 ,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高压油又回到主泵 ,一部份 又进入主泵的高压端 ,一部份经排放阀从主泵的 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r. UH Biqh a5sd旳：沁E iFI-一 一 页盂五l j_ I_l IIF -a1一腳到口 一 i一T!T Jg回路中有补油单向阀、载荷溢流阀、及高压排放阀，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 阀分别向高压侧进行补油，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 过年夜时使过高的压力油泄至高压侧，以达到呵护系统不受损 坏.排放阀用于闭式系统过剩的热油经高压侧排放回油箱.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土角度，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 ）达到 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，从而完成斜盘角度的控制.外来控制油是通过 外部控制回路中的电比例溢流阀（B006 ）提供，调整范围 045bar.马达回路含有司服油缸、司服阀及高压排放阀，司服阀由主 制油泵是一台5.5KW的恒压变量泵，泵中的两个司服阀上面一 个与溢流阀联合控制泵的压力，下面一个以控制流量为主.回路压力及外部控 制回路控制，当马 达外载荷增年夜时， 主回路高压侧的油 压随之升高，高压 油经过单向阀，一 路达到司服阀左端， 使司服阀右移，一 路达到司服阀P 口 经减压阀进入司服 油缸无杆腔使斜盘 角度增年夜，从而 降低转速增加扭矩， 外部控制回路由控 制油泵提供控制油 压，当无控制油压 时，马达处于高速 档,当外部提供油 压时，司服阀右移, 使马达处于低速档, 从而实现了两速控 制.外部控制供油抽仙泵（2P001）:控的2Z0Q6 224 创作时间：二Tti.1AQQ2b*,OAj |XD , I 80387 5 出1S0231S025BI一slm 烹12512厂疋*，匸二二1LI-.H ! i!LXDBO4Oyr-Ii*j d（B040 ）为加载电磁阀.该泵的油通过滤清器（2F001 ）向刀 盘旋转系统的主泵和液压马达 以及螺旋输送机的控制回路供 油.一路去旋转主泵回路的控制阀，一路去旋转马达控制阀，另 两路去两台螺旋输送机的主泵控制阀.进入旋转主泵控制阀的油经节流和减压后在经电液比例溢流阀（B006 ）向旋转主泵司服阀提供045bar的可变压控制油压，以实现转速的无级调整.另外从主泵P 口（H88）和梭阀 扭矩突然增年夜时，反馈的油压将减低其溢流压力，使控制主 泵伺服的压力降低，从而减小主泵斜盘角降低刀盘转速.Ouch 出dchoangVSL :d-toTF rrLcrpcriVQ迄岛R吿 9I1I1f*i臓d i.r 一少1P干亠 T 一讨d -T Ed -a00F=旳上!Zf-国L（V030、H92 ）反 馈到控制阀（2C003 ）并汇集到 两组溢流阀和载荷 感知阀，两组溢流阀 由手动两位四通阀转换，正常工作时使 用左边溢流阀,增年 夜扭矩时使用右边魁 溢流阀（只能短时 间使用），手动阀自 动回位.感知阀是在2ZQ02 x空zoom2C002uT2Z0Ea”进入旋转马达控制阀P 口的油经节流阀（M10 ）又分两路, 一路经减压阀、两位四通电磁阀（B032 ）到（H86 ）旋转马达 控制马达的高低速.另一路经减压阀、两位四通阀（B033 ）、 单向节流阀去控制马达（1A002）的刹车（1G002）.在（1A002 ）马达上装有旋转方向传感器（1S026、B035 ）、马 达高低速传感器（1S025、B038 ）和油温传感器（1S023、 B050 ）.在刹车回路中设有蓄能器（2C002 ）,与单向节流阀 一起保证了刹车时的快杀慢放.（四）管片拼装机液压系统为了提高管片的拼装效率及防止拼装中的管片损坏，要求系统要有一定的速度、准确的移动位置精度、足够的活动自 由度及可靠的平安度.速度由一 55KW的双联恒压变量泵提高的流量控制，精 度靠电液比例 司服阀控制，自 由度有：管片 的左右旋转、 提升（可左右 分别提升及同 时提升）、前 后水平六个自 由度，并有管片 的抓紧及绕抓1Y002 n-i厂L-X JHO1-hi Q扌145 kWI M14501/min _ rZ003 1Z006TZ004 1Z0071P001举头水平微 转、前后微倾 的微调功能.55KW 的双 联恒压变量泵为拼装机提供动力.当用快速档时，双泵同时工作.低速档时， 只（1P002 ）工作.加载阀（C003、C004 ）由PLC控制，根据 拼装机的工作速度可对其进行分别控制或同时控制.旋转控制：油泵输出的高压油一路经减压阀（DM）减至30bar达到电液比例阀然后控制司服阀以达到控制流量来控 制马达旋转速度.各阀的功能如下，DM为控制油减压阀，DBV2 为控制油溢流阀，DBV1与插装阀组成主溢流阀，进入司服阀前 的减压阀经DUE4、DUE7节流阀后的反馈油控制，以达到举措 启动时的平稳.D1、D4为反馈油溢流阀，F1、DUE2是停止举 措时起泄油的作用.经控制阀控制后压力油分别进入两个并联的回转马达，高 压侧的油一路经减压阀（1V001 ）减压后去控制刹车，减压阀 旁的单向阀起回转停止时刹车的泄油回路.进入马达的油先经 平衡阀（此阀进油时不起作用），驱动马达旋转，马达出来的 油进入下一个平衡阀，该阀在进油有一定压力后经X 口其慢慢 翻开回油通路，并保证一定的背压，防止马达因惯性吸空，当旋 转惯性过年夜时平衡阀右边的压力会增加，使阀芯左移以减少 回油来减小惯性发生的转速，当回油压力增年夜到最年夜设定 值时平衡阀中的溢流阀工作，防止了液压元件被损坏.水平移动的控制与回转控制一样，从控制阀出来的油经 平衡阀（1C004 ）进入水平移 动油缸，控制油缸的前后移动.提升控制：控制阀原理 与回转控制相同，但在司服阀 反馈油出口处只在提升回路 中设置了节流阀，下降反馈口 没有设置，其目的是为了较快 的提高司服阀进口处减压阀 的减压压力以增加下降时的一 r厂51F1寸海(51rn-反应速度，同时也反映一个功1V025创作时间：二零二一年六月02.8社cogV 1CQQ4mHOtVTD-HSeO/d 7S0YW L5CWgg皂率平衡问题.两个提升油缸即可以单控，也可以同时控制，所以 有两套独自得司服控制阀,.从控制阀出来的压力油先通过一 个两位两通随动阀进入提升油缸，当达到一定压力后，油缸出 油口的两位两通随动阀在进口压力的推动下翻开，导通回油通道形成回路.反之亦然.管片抓紧控制：压力油经减压阀减压，在经三位四通电磁换向阀换向，经液压锁、单向节流 阀、B 口端还有溢流阀.抓紧时，从A1 口出来的油经过抓举油缸进口处的液 压锁进入抓举缸的有杆腔，当达到设 定的抓紧力时油缸旁的溢流阀溢流，并使油缸旁的两位两通阀换向，切断 通往压力开关（1S001 ）的油压，使压 力开关信号改变.只有当压力开关的 信号改变后，拼装机才有其他举措.否 则视为管片没有抓紧不服安，管片机 不能举措.松管片时B1 口的压力油进 入抓举缸的无杆腔，一路翻开油缸边 上的液压锁，使活塞下行.控制阀中的 液压锁是坚持活塞位置的，单向节流 阀是调整活塞举措速度的，溢流阀是 起平安作用的.水平微动和倾斜微动控制与抓举控制 原理相同.（五）管片小车及辅助液压系统辅助油泵为一 22KW的恒压变量泵， 原理与刀盘旋转系统得控制油泵相同.输 出的压力油分别控制管片小车链条涨紧 油缸、管片小车上的前送油缸、管片输 送举升油缸、后配套拖车牵引油缸及螺旋输送机闸门.链条涨紧控制：压力油从 P 口进入控制阀，经减压阀、三位四通电磁换向阀、液压锁达到油 缸.管片前送控制阀：与管片抓举 控制阀相同.但回路中多一组流量再 生阀（1C004）,注：据说此阀实际 中不能使用.输送举升控制阀：控制阀原理 与抓举控制阀相同.为使四个举升缸 同步，回路中设置了一组流量分配器 该分配器原理其实就是齿轮泵工作 原理，四个型号参数一样的泵并联在一起同轴旋转 ，因转速也 一样，所以四个泵排出的流量一样，使进入四个举升缸的流量 坚持一样，活塞的行程也相同.四个回路采纳一个负载溢流阀.后配套牵引控制阀：控制阀原理同抓举控制阀 .只是牵引 缸无杆腔的油欠亨过控制阀，直接回油箱.有杆腔回路中装有 压力传感器.螺旋机闸门设置与螺旋机配置的数量有关但分歧不年夜 都有两个闸门，一级螺旋机出口的闸门控制结构和原理都一样 单螺旋机有前闸门，双螺旋机没有.但双螺旋机的二级螺旋机 有出口闸门.一级螺旋机出口闸门：来自辅助泵的压力油经减压阀、 三位四通电磁换向阀液压锁达到闸门油缸，控制闸门的开闭.闸门开闭的年夜小由长度传感器（K011 ）给出信号，开口最年 夜和关闭由两个位置传感器（K012、K013 ）提供信号.回路中 装有一液压蓄能器，当呈现紧急情况时（如停电时），靠蓄能 器里的压力自动关闭闸门（固然要在左边的球阀开启时，右边的球阀是卸压时翻开）.二前闸门和二级螺旋机出口闸门相同，其控制原理都与管片抓举控制阀（六）螺旋输送螺旋输送 和双螺旋输送, 其系统原理都 纳的还是两套 下面就介绍一螺旋输送 压马达回路与 样，只是补油 给系统补油外, 供控制油压, 并设有一补油P144-IK一样.机液压系统机分单螺旋输送 无论是单还是双, 一样，双螺旋采 自力的控制系统, 套系统.3机主泵回路和液 刀盘回路原理一 泵为内置式，除 还给泵控回路提顺序阀来保证 控制油的压力， 另有一梭阀给 压力传感器（K005）提供 高压侧的油压. 液压马达回路 减 速 器（1G001、1G002） 由55KW的刀盘旋 转补油泵提供 的液压油对其 进行冷却.马达 上装有转速传 感器和油温传- Arrl Z0 2a感器.螺旋机主泵控制回路由伺服阀、伺服油缸及调压阀组成 伺服阀由外部控制阀（1C005 ）控 制，调压阀分A、B两路经梭阀（1V017）汇集到溢流阀（1V018）进行调整.伺服阀举措 时带动伺服油缸活塞移动，从而使 斜盘角增年夜，泵流量增加，当外 载荷年夜时系统压力就会随之增年 夜，当系统压力超越调定值时，相 对高压侧的两位三通随动阀上移 ，如：当伺服阀X1端供油时，伺服阀移至右位，伺服缸有杆腔进 油，无杆腔回油至高压，伺服活塞右移泵斜盘角增年夜，A路为 高压侧，当A路压力超越调定值时，此时左边一个随动阀上移， 控制油压与伺服油缸无杆腔接通，因有杆腔和无杆腔的压差关 系，使伺服活塞左移，泵斜盘角减小，A路压力下降至回路压力 调定值.当X2端供油时，伺服阀移至左位，控制油经两个随动 阀后进入伺服缸的无杆腔（有杆腔为常压油），因压差关系，伺服活塞左移泵斜盘角反方向加年夜 ,B路为高压侧，当压力 超高时右边一个随动阀上移，伺服缸无杆腔与高压回路接通， 伺服活塞右移，泵斜盘角减小，B回路降至设定压力值.控制回路：控制油由5.5KW控制泵提供，来至控制泵的控 制油从控制阀P 口进入经溢流阀限压后，再由电磁比例调压阀 调压，给油泵伺服阀提供可变的压力油，来控制主泵的流量，从 而达到无级控制马达转速的目的.控制阀中还设有一载荷感知 阀，回路中随载荷变动的压力经梭阀（1V024 ）送到控制阀的 RHD 口调整感知阀上控制油的溢流压力，当载荷增年夜时感知 阀的溢流压力降低，从而使控制伺服阀的控制压力经梭阀 （1V019 ）至感知阀降低，随之减小斜盘角、流量、转速，使载 荷获得控制.（七） 主油箱回路主油箱包括 5000L 油箱、供油接口、回油接口、泄油接 口、溢流接口、冷却过滤回路、油位传感器 ,油温传感器 .供油接口 10 个：（1）推进油泵 H01 ；（2）铰接油泵 H002 ；（3）旋转补油泵 H02 ；（4）旋转控制油泵 H03 ；（5）管片拼装机 1#油泵 H04 ；（6）管片拼装机 2#油泵 H05 ；（7）管片小车及辅助油泵 H08 ；（8）螺旋输送机一级油泵 H07 ；（9）螺旋输送机二级油泵 H016 ；（10 ）注浆系统油泵 H003.以上每路都有进油滤网 .回油接口 6 个：（11）推进系统 H136 ；（12）旋转系统 H09 ；（13 ）管片拼装系统；（14 ）管片小车及辅助系统 H03 ；（15）注浆系统 H001 ；（16 ）螺旋输送机系统 H02.以上 6 路集中至 3 个滤清器过滤后回油箱 ,滤清器中装有 梗塞传感器 .泄油接口 6 个：（17）推进系统 H137 ；（18）旋转系统 H15 ；（19）管片拼装系统 H20 ；（20 ）管片小车及辅助系统 H04 ；（21 ）螺旋输送机系统 H01 ；（22 ）注浆系统H002.以上6路集中后直接回油箱.溢流接口 3个：（23）旋转补油泵H71 ；（24）旋转泵控阀H07；（25）螺旋输送机泵控阀H028.以上3路自力回油箱.冷却过滤回路：由一 11KW定量泵将油箱里的油泵出，经 两套滤清器过滤，再经过水冷式热交换器冷却后返回油箱.回 路中有加载电磁阀（M006 ）、压力表、滤清梗塞传感器、温 度计.油位传感器有：高油位开关、低油位警报开关、低油位 停止开关、油箱油温传感器.（八）注浆液压系统注浆泵由液压泵、换向冲击波反馈旁路、速度控制回路（电磁比例节流阀）、液控自动换向回路、泵送油缸组成，并在调速控制前分四路控制四套自力的注浆泵.液压泵为30KW恒压变量泵，工作原理与旋转控制泵相同. 泵出的油经滤清器送往四路调速比例电磁阀，滤清器旁边的回1P002创作时间：二零二一年六月三十日 FQ14 J!FQ15！71CQ01路是冲击波反馈回路 ,经节流阀减弱的冲击波返回到泵的控制 回路 ,在泵控回路的调节下吸收部份冲击压力 ,使系统得以稳 定.经比例电磁阀调整后的液压油分别进入四个自力的泵送 系统 ,下面以 1P002 中的 A1 系统为例介绍其泵送工作原理 .在进入调速阀前一路到泵闸阀不需要调速的油进入 A1 系 统的 P1.1 口,一路经调速后由 A1 系统得 P1 口进入 .正打时, 手动换向阀置于右位 ,压力油经手动阀、推进自动换向阀达到 推进油缸无杆腔 ,活塞右行 ,进入 P1.1 的压力油经液控正反打 换向阀、泵闸门换向阀、一路达到料斗进口油缸无杆腔 ,使之 关闭,一路达到泵出口油缸有杆腔 ,使之翻开 ,完成正打过程 . 当推进活塞走到右端头时 ,油缸右真个信号阀翻开 ,信号油达 到泵闸门换向阀上端 , 换向阀下移 , 压力油一路到料斗进口缸 的有杆腔 ,使之翻开 ,一路达到泵出口缸的无杆腔 ,使之关闭 , 另一路控制油经节流阀达到推进换向阀的上端,换向阀下 移，P1的压力油经推进换向阀换向后进入推进缸的有杆腔 ，使 推进活塞左移 ,完成正打的进料过程 .当推进活塞走到左端头 时，推进缸左真个信号阀翻开 ， 信号油达到泵闸门换向阀的下 端， 换向阀上移 ， 闸门油缸换向 ， 同时推进换向阀也上移 ，重复 正打过程.注浆泵的反打是将手动换向阀置于左位 ， 压力油被换向 ， 同时使液控正反打换向阀换向 .分析方法与正打相同 .（九） 超挖刀系统超挖刀系统是自力的系统 ， 包括油箱、回油散热器、主油 泵、电磁换向阀、平衡阀、油缸 .主泵与旋转控制泵原理相同 为一 7.5KW 恒压变量泵 ，泵出的压力油经电磁换向阀、平衡阀 达到油缸，通过油缸的运动来控制超挖刀的行程.I创作时间：二零二一年六月三十日