盾构机液压系统原理

1、盾构机液压系统原理盾构机液压 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

2、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

3、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Q V&nribs/lindflrGRLIPP_j g Vortnbsiylinderi? VgmlesiSYSmn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，

4、流量在0-qmax范围内变化时，调整后的泵供油压力保持恒定。恒 压式变量泵常用于阀控系统的恒压油源以避免溢流损失。=s IT LM一 g/u kOQM MW 0 导ei目2程学- rs8P,匸 moos03/ IL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

5、）-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。匚_LGRUPPE B忍E 1 HD十J 0om1 1A005: 7.IA BV3C7W2.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

6、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。1V034（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

7、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。NUR FOR INDnTilEQNAHME2VWII2S00i r厂一X。川啊bM型一2Q00i1SOJBO-1502AQQE2A0072AOO&2A0tl2A012（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

8、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 、 1F0

9、02 ） 进入3个主泵的E 口， 并通过两个单向阀分iu垦s/V-6k_MApn(l?lcr-一ohTFoT- i- -気nf-OFI-QTZD2D0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，

10、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-J -i-J5NTIrHF -Lsfr石-厂-；一曰到列-I iriii I I - 珂込一 - -1 I h 1 IV. r- I -JedHJ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土

11、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 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0-45bar。马达回路含有司服油缸、司服阀及低压排放阀，司服阀由主回路压力及外部控制回路 控制，当马达外载荷 增大时，主回路高压 侧的油压随之升高， 高压油经过单向阀， 一路到达司服阀左 端，使司服阀右移， 一路到达司服阀P口 经减压阀进入司服 油缸无杆腔使斜盘 角度增大，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

12、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3dx 1*2I:csL5P弓曲 i i =峯(01.-l.CJIl 週-cjT-1 币 二50r I- r!84s泵（2P001）:控制油 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。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

13、减压后在经电液比例溢流阀（B006 ）向旋转主泵司服阀提供0-45bar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（V030、H92 ）反馈到控 泵斜盘角降低刀盘转速。印1岀F jsi- 口2C003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，增大扭矩时使 用右边溢流阀（只能短时间使用），手动阀自丨动回位。感知阀是在扭血课，T玄；M10矩突然增大时，反馈的油压将减低其溢流压心力，使控制主泵伺服的压力降低，从而减小主丄?药?2齐站卽孙进入旋转马达控制阀P 口的油经节流阀（M10 ）又分两路

14、，一路经 减压阀、两位四通电磁阀（B032）至V（ 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。（三）管片拼装机液压系统为了提高管片的拼装效率及避免拼装中的管片损坏，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安全 度。速度由一 55KW

15、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）12003 1200614501 Anin1ZQ04 1ZQ07工作。加载阀（C003、C004）I- ,1 4. - 4- n I .1 4 1 1 .1 1. I 1 吕芝d i1P001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：油泵输出的咼压油一

16、路经减压阀（DM）减至30bar至U 达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，以达到动作启动时的平稳。D1、D4为反馈油溢流 阀，F1、DUE2是停止动作时起泄油的作用。MTII DUE2|II iII4rWV1DUE4 c- trtxrri -V - i 4 A Jk i i 一T-Y7-N 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

17、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 口其慢慢打开回油通路，并保证一定的背压，避免马达 因惯性吸空，当旋转惯性过大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产生的转速，当回油压力增大到最大设定值时平 衡阀中的溢流阀工作，避免了液压元件被损坏。CHJ7T二她仇0 F_I1Cah.；睥冷:丄L訂七二二二:4合*权I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

18、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 降时的反应速度，同时也反映一 个功率平衡问题。两个提升油缸 即可以单控，也可以同时控制， 所以有两套单独得司服控制阀，。Soos&養(JLfcJr11aw?11jr.3I4IJI 1/1Ln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。伺服阀动作时带动伺服油缸活塞移动， 从而使斜盘角增大，泵流量增加，当外载荷大时系统压力就会随之增大, 当系统压力超

19、过调定值时，相对于高压侧的两位三通随动阀上移，女口： 当伺服阀X1端供油时，伺服阀移至右位，伺服缸有杆腔进油，无杆腔回油至低压，伺服活塞右移泵斜盘角增大，A路为高压侧，当A路压力超过调定值时，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 盘角反方向加大，B路为高压侧，当压 力超高时右边一个随动阀上移，伺服缸无杆腔与低压回路接通，伺服活 塞右移，泵斜盘角减小，B回路降至

20、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，回路中随载荷变化的压力经 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， 当载荷增大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 得到控制。（六）主油箱回路主油箱包含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

21、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：（1）推进系统 H136 ；（2）旋转系统 H09 ；（3） 管 片拼装系 统；（4）管片小车及辅助系统 H03 ；（5）注浆系统 H001 ； （6）螺旋输送机系统 H02 。以上 6 路集中至 3 个滤清器过滤 后

22、回油箱，滤清器中装有堵塞传感 器。泄油接口 6 个：（1）推进系统 H137 ；（2）旋转系统 H15 ；（3）管片拼装系统 H20 ；（4）管片小车及辅助系统 H04 ；（5）螺旋输送机系统 H01 ；（6）注浆系统 H002 。以上 6 路集中后直接回油箱。溢流接口 3 个：（1）旋转补油泵 H71 ；（2）旋转泵控阀 H07 ；（3）螺旋输送机泵控阀 H028 。以上 3 路独立回油箱。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

23、阀 （ M006 ）、 压 力 表 、 滤 清 堵 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 （七）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 控制四套独立的注浆泵。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 节下吸收部分冲击压力，使系统得以稳定。U经比例电磁阀调整后的液压油分别进入四个独立的泵送系统，下面 以1P002中的A1系统为例介绍其泵送工作原理。在进入调