第9讲TBM液压系统

1、第九讲第九讲大型施工机械大型施工机械TBM部分部分 TBM液压系统 主讲：郭京波主讲：郭京波目录1.TBM液压系统的组成2.主机和辅助液压系统原理3.液压系统的使用和维护保养1.TBM液压系统的组成（1）TBM液压系统的作用n 掘进机属于大型复杂的隧道施工机械，机上采用三种不同的传动方式：机械传动、液压传动和电气传动。n 由于液压传动具有体积小、单位功率重量轻、可方便进行无级调速等独特的优点，因此它是当今掘进机重要的传动方式。n 液压系统装机功率大，元件数量多，工作压力高，电控液控关系复杂。TBM液压系统的作用(续）n 根据掘进机的动作重要性，液压系统的控制可以分三个层次：n (1)第一层次第

2、一层次。掘进机在掘进中经常执行基本动作，即推进以及与推进相关的支撑水平(x型)支撑、后支撑。n (2)第二层次第二层次。掘进机在掘进过程中有时需执行的基本动作，如调向、敞开式掘进机机头顶护盾、侧护盾伸缩等。n (3)第三层次第三层次。因特殊地质情况需实现的操作，如锚杆件、钢拱架安装机等支护设备、刀盘点动装置、材料调运装置等。n 掘进机液压系统以第一层次的动作需求为要点设置泵站系统，而第二、三层次附属中接在第一层次的系统上。（2）液压系统的组成n 液压系统由四个部分组成：n (1)动力部分，指液压泵，其作用是将电动机或内燃机产生的机械能转变成液体的压力势能；n (2)控制部分，包括压力、流量和方

3、向控制阀等，以保证执行机构得到所要求的运动方向、速度、转速、力和力矩；n (3)执行部分，指液压缸和液压马达等。它是将液压势能转换成机械能，输往工作机构；n (4)辅助部分，包括油箱、管路、管接头、蓄能器、滤清器、冷却器和各种控制仪表等。n 液压系统按照液流循环方式的不同，可以分成开式和闭式系统。（3）液压系统布置n TB880E型掘进机除了刀盘的主驱动外，TBM全机与辅助机械设备皆为液压驱动，并采用液压传感监控的方式，通过控制台进行操作。n 掘进机的泵站有多个独立的泵及其系统组成。一般情况下，这些泵独立工作，在应急情况下，有些泵可以相互切换，以减少洞内停机时间；n 由于空间位置的限制，阀站采

4、用集中分散布置原则，即必须分散的阀件分散布置，在执行元件上，如液压缸的液压锁布置在液压缸上；不影响安全和不增加管路的阀件则尽可能布置在司机室附近的阀站里。TBM液压泵站盾构机泵站撑靴液压缸撑靴液压缸液压管路2.主机和辅助液压系统原理（1）主机液压系统的特点n 秦岭隧道使用的88m掘进机除电驱动掘进工况外，主机各主要执行机构均为液压传动。主机液压系统具有如下特点：n 配置较完备的过滤装置，包括空气过滤，加油过滤，回油过滤和压油过滤。n 测压点布置较齐全，各主要阀块上预留测压点，为系统故障诊断提供了便利条件。n 模块化布置的集成阀块大量减少了管路数量和长度。（续上）n 管路中多次配有手动截止阀，便

5、于故障检查，实现强制锁定，减少液压阀更换时的漏油和实现特定功能。 结合不同工况实现双泵合流。如掘进机换步时，实现推进液压缸快速收回。n 主要执行机构的液压系统实现电控或电液远控，操作性能良好。TBM液压控制阀(2)液压子系统及泵站n 88m掘进机整个液压系统由一些单独的液压子系统组成：n 推进、支撑、刀盘辅助驱动等液压系统。（液压动力站泵编号为P1、P2、P3、P3.1、P4、P5、P7、P8。）n 钢拱架安装机构液压系统。（液压动力站泵的编号为P4。）n 1号和2号胶带输送机液压系统。（液压动力站泵的编号为P6.1、P6.3、P6.2、P6.4。）n 3号胶带输送机液压系统。（液压动力站泵的

6、编号P9.1、P9.3、P9.2、P9.4、P10。）n 矿车拖动装置液压系统。（液压动力站泵的编号为P12。）n 掘进机前部锚杆钻机和超前钻机液压系统。（液压动力站泵的编号为P13.1、P13.2、P13.3。）n 掘进机后部锚杆钻机和超前钻机液压系统。（液压动力站编号为P14.1、P14.2和P14.3。）（3）液压动力站的主要技术参数续表液压动力系统（4）柱塞泵的三对摩擦副缸体孔与柱塞，缸体端部与配流盘，滑靴与斜盘柱塞-缸体组件（5）TB880E支撑与推进系统支撑液压缸（6）支撑推进液压系统的特点n 掘进机的液压系统一般都将推进系统和水平(x型)支撑系统分为两个独立的分系统而设置。必要时

7、，两泵可以切换，以提高掘进机的作业率。n 推进缸和水平(x型)支撑缸的大腔容积比杆腔容积大两倍左右，油缸收缩时，必须设有大腔回油的足够通路来排油，否则要造成油温急剧上升。n 推进缸在空行程时要快速移动。旦刀盘的刀具接触掌子面后，要根据岩石的软硬，完整和破碎程度决定推进速度，因此推进缸回路应有快速空行程的功能。n 水平(x型)支撑在靴板接触洞壁前或脱离洞壁后也需要一个快速空行程移动。靴板撑紧洞壁后需要长时间的保压，因此水平(x型)支撑回路应有快速空行程和保压等功能。n 掘进机的支撑系统(水平支撑、x型支撑、后支撑、顶护盾、侧护盾等都需要长期保压功能，油缸都设有高性能的液压锁。整个系统设计时要避免

8、回油回路背压过高，如上置式油箱又采用Y型换向阀，造成液压锁失效。（7）推进液压子系统n 该系统主要由单向变量泵、溢流阀、减压阀、比例阀、电液换向阀和8个推进液压缸组成的开式液压回路。（8）推进液压系统分析n 单向变量泵采用德国Rexnorth公司生产的A4VS040LR2G+A10V028DFR双连单向变量泵，其相连的小型泵，提供控制油路。n 该可调泵P3的控制装置LRG，为远程恒功率控制。即在工作负载增加时，变量泵通过控制装置使泵角减小，因而流量减少，使泵的压力和流量的乘积(功率)始终保持为恒定值。n 掘进时，PLC系统控制P3可调泵液压回路中的电液比例阀(211-4)和定压差减压阀(211

9、-2)，通过换向阀(212-1)向推进缸大腔供油，推动刀盘向前掘进。其掘进速度由电液比例阀电位器的选定值来决定，且呈线性关系如图所示。电位器选值大，比例阀开度也大，因而流量增加，掘进速度提高。但由于溢流阀2111的作用，如果岩石太硬，在推进速度电位器未调至100时已达到溢流压力，因而速度就上不去。其相互关系应为图3-5中折线OBC。推进速度控制（9）1号和2号皮带输送机液压系统n 该系统由液压泵，各类阀件和液压马达组成，属闭式液压回路，胶带可连续调速。n 液压泵是由德国Rexroth公司生产的双连双向可调式轴向柱塞泵，其内部附带注油小泵，供闭式液压回路补油补油之用。n 主泵参数为：排量090m

10、Lr， 可调； 流量限制在105Lmin；公称压力400bar，最大压力450bar。注油小泵参数为：排量18.7mLr，最大流量为27Lmin，公称压力40bar。 1号二号皮带输送机液压系统n 该可调泵型号为A4VG90EP+A4VG90EP，其控制装置为EP型，属电控，带比例电磁铁。由电控的EP阀控制向油泵变量活塞提供的控制压力(电控电磁铁电流增加，泵流量增大)，从而使泵的排量无级可变，实现胶带输送机传输速度的改变。（10）Robbins公司TBM液压原理图Robbins公司TBM液压原理图Robbins公司TBM液压原理图Robbins公司TBM液压原理图Robbins公司TBM液压原

11、理图Robbins公司TBM液压原理图3.液压系统的使用和维护保养（1）液压系统的安全操作n 液压系统关系到掘进机的安全，必须采取合理的布置及液控、液电控联锁来确保安全。n 敞开式掘进机在掘进作业时，水平(x型)支撑未撑到额定压力，刀盘不准回转掘进。n 敞开式掘进机在后支撑未撑到额定压力时，水平(x型)支撑不得收缩脱离洞壁。n 掘进作业开始时，必须先启动出碴胶带机，再开始刀盘挖掘出碴。（续上页）n 掘进作业结束时，刀盘停止回转后，出碴胶带机运碴干净后才能停止运作。n 掘进作业时，后配套牵引缸放空白由伸出，后配套不随机前进。掘进作业完成后换行程时，后配套牵引缸才能动作，这样可以使主机推进缸推力在

12、掘进过程中不消耗在后配套牵引上，而确保有足够的推力破碎岩石。n 液压锁必须安装在回路的软管之前靠近执行元件处，以避免软管破裂时液压锁继续有效。（2）液压件的寿命n 液压件是掘进机除刀具，传动系统的离合器、摩擦片外的第三位的易损件。液压件的寿命直接影响到掘进机的作业率，选用优质液压元件是掘进机洞内作业的必须。目前国外掘进机均采用德国、美国优质液压件，其使用寿命是：n 泵、马达、阀件的正常使用寿命是800010000h，是国产件寿命的46倍。n 油缸密封的正常使用寿命是8年，是国产件的4倍。n 软管能满足200万冲次的使用寿命，满足1年以上的使用周期。n 管接头从开始使用直至拆开均应保持不漏油，拆

13、开即更换新的。 （3）液压系统检查维护n 每天n 1查看油温及波动情况。n 2检查泵、马达和阀是否有噪音，否则停机，找出原因并修复。n 3.检查液压系统油温达到操作温度后有无泄漏，禁止徒手检查。n 4.检查液压油过滤器，确保过滤器指示在绿色范围。n 在TBM运行初期，经常更换过滤器，最初500小时内时刻主要过滤元件的工作状况；油温正常，并且过滤器处于红色范围时，立即更换过滤器。n 5.查看各类仪表是否指示正常。n 6. 每500小时更换一次，或根据供货商推荐的间隔时间，以最短为准。n 操作期间检查润滑系统的流量和压力：如果压力波动剧烈，说明润滑系统有问题，应停机检查。油温和油压变化相反，油压减

14、低，油压上升。液压油流失加剧，密封性能恶化。n 7密封润滑系统：检查系统运行是否正常，确保系统有足够的油供应内外密封，否则调整流量阀。n 8检查润滑油回油泵是否渗漏。液压系统检查维护（续）n 每周n 每周各类油品取样做化学分析和金属磨损分析（齿轮箱润滑油、液压油等）。n 最初500小时，每100小时作一次油样分析，此后每500小时作一次。润滑油分析最能反映主轴承和密封的工作状况。金属含量高表明齿轮或轴承损坏，泥沙活水含量高表明密封失效。 液压系统检查维护（续）n 每月n 鉴别压力表刻度的准确性。n 液压系统：鉴别流量控制阀、平衡阀和压力开关的功能。n 润滑系统：鉴别压力开关和流量开关。n 定量泵：调整输出流量。n 推进系统变量泵：调整泵输出范围从0到最大。n 液压系统、润滑系统过虑元件：外观检查元件是否损坏或工作异常；更换润滑油箱、