盾构机液压系统原理(海瑞克)

1、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 .盾构机液压推进及较接系统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

2、作用及工作原理。（一）盾构机液压推进及较接系统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空幽£&JR.UPP.E OSRUltPEOQ 丫。用词b 中 lindqr Vortrkb由linckr i? Mg陈导寺豺料用m纠偏功能。较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

3、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包压变量泵(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。包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 max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CIH> &I-TLUV7A3Q39BlLU s_. J-75 KW1Z003 1Z001 $2004 1Z002i/，L 1 l_ 业._ _isU. zJL-. aL： . IK/ms犬kK亦I Ft心R

4、(L)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）一 A111 （流量调整）一 A101 （压力调整）一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

5、电液换向阀的液控 油由定量泵（1P002 ）经减压阀（1V034 ）提供。|1A005: QRUPPE BQ1V0342.校接装置工作模式分三种：校接装置的动力来源于推进系统的液压泵站中的定量泵（1P002 ）, 校接装置的加载和卸载由（A349 ） 两位两通电液阀控制。（1）较接回收 （PULL 或 RETRACTION ）模式（减小校接问 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， 高压油进入较接油缸的有杆腔使 较接油缸回收。（2）较接保持（HOLD或FREE ）模式（浮动模式），该模式下（H001、H002 ）

6、都不得电截止。较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，直线推进时保持较接问 隙，转弯时处于浮动状态。（3）较接释放（RELEASE 或LOOSE ）模式（伸长模式），当（H001 ） 得电导通，（H002 ）无电截止时，较接油缸有杆腔的油接通低压，在盾 构机推进时，因盾尾的阻力使较接油缸被拉长，达到增大较接间隙的目 的。该油路中还设有负载溢流阀（V2）、压力传感器（H005 ）及较接 间隙长度传感器。另外可以通过（2V003、2V004、）的导通和截止达 到校接保持和较接释放功能。但当（2V003、2V004 ）两个阀的截止， 在较接油缸有杆腔的压力

7、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，可能会使钱接油缸损坏 或油管爆裂。NUP FOP iNDOTilEQNAMME2A0O4 4S0疏延02AQQS4的曲M弘2AX&2403捺丽-囹w部生 fc迎© 24。处主阂主2S00i r/x0.400bir52淄肄Il（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

8、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r.IP 国Nd -寻Mdpn一2 NdJ另二QJJal?I。?- 禽 - - - - 寸我?lnf- -TZD2D别对闭式回路的低压端进行补油，然后经主泵的

9、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|殖k*I吴；gl鲁一 -K- i i爵 - 一 一-厂杆51到>|gal©-叶I Tr-lJed一 一虱SS

10、KIJ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

11、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逐一空毋-方L也茁一供控制油压，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

12、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 ）反馈到控制 斜盘角降低刀盘转速。陶纳i .F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

13、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），手动阀自动 回位。感知阀是在扭矩 突然增大时，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M必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、B0

14、50 ）。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的双联包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 12006

15、14501 Mi in1ZQ04 1ZQ07且5-0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：油泵输出的图压油一路经减压阀（DM ）减至30bar到达 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。MTI DUE2) iii-I-.-I v-rt i vrAA -rLi

16、ci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。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

17、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，具 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，。- -is81嵋cwi切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打 开，导通回油通道形成回路。反之亦然。位四通电磁换向阀换管片抓紧控制：压力油经减压阀减压， 向，经液压锁、单向节流阀、B 口端还有 溢流阀。抓紧时，

18、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，拼装机才有其他动作。否则 视为管片没有抓紧不安全，管片机不能动 作。松管片时B1 口的压力油进入抓举缸 的无杆腔，一路打开油缸边上的液压锁， 使活塞下行。控制阀中的液压锁是保持活 塞位置的，单向节流阀是调整活塞动作速 度的，溢流阀是起安全作用的。水平微动和倾斜微动控制与抓举控制原理 相同。(四)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

19、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、管片输送举开油缸、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、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。为使四个举开缸同步， 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三位四通电转，因转速也一样，所以四个泵排出的流量一样，使进入四个举开缸的 流量保持一样，活塞的行

20、程也相同。四个回路采用一个负载溢流阀。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 的油不通过控制阀，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差别不大，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 磁换向阀液压锁到达闸门油缸，控制闸门的开闭。闸门开闭的大小由长 度传感器（K011 ）给出信号，开口最大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，当出现紧急情况时（如停

21、电时），靠蓄能器里的压力自动关闭闸门（当然要在左边的球阀开启时， 右边的球阀是卸压时打开）。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（五）螺旋输送机液压系统螺旋输送机分单螺旋输送和双螺旋输送，无论是单还是双，其系统 原理都一样，双螺旋采用的还是两套独立的控制系统，下面就介绍一套 系统。螺旋输送机主泵回路和液压马达回路与刀盘回路原理一样，只是补 油泵为内置式，除给系统补油外，还给泵控回路提供控制油压，并设有 一补油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

22、压油 对其进行冷却。马 达上装有转速传 感器和油温传感T与E5抬如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，当系统压力超过调定值时，相对于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 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，

23、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

24、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，油温传感器。供油接口 10个：(1)推进油泵H01 ;(2)较接油泵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

25、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 0以上6路集中至3个滤清器过滤后回油箱，滤清器中装有堵塞传感泄油接口 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。回路中有加载电磁阀 （M006 ）、压力表、滤清堵塞传感器、温度计。油位传感器有：高