第9講TBM液壓系統(tǒng)

1、第九講第九講大型施工機(jī)械大型施工機(jī)械TBM部分部分 TBM液壓系統(tǒng) 主講：郭京波主講：郭京波目錄1.TBM液壓系統(tǒng)的組成2.主機(jī)和輔助液壓系統(tǒng)原理3.液壓系統(tǒng)的使用和維護(hù)保養(yǎng)1.TBM液壓系統(tǒng)的組成（1）TBM液壓系統(tǒng)的作用n 掘進(jìn)機(jī)屬于大型復(fù)雜的隧道施工機(jī)械，機(jī)上采用三種不同的傳動(dòng)方式：機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)。n 由于液壓傳動(dòng)具有體積小、單位功率重量輕、可方便進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此它是當(dāng)今掘進(jìn)機(jī)重要的傳動(dòng)方式。n 液壓系統(tǒng)裝機(jī)功率大，元件數(shù)量多，工作壓力高，電控液控關(guān)系復(fù)雜。TBM液壓系統(tǒng)的作用(續(xù)）n 根據(jù)掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)作重要性，液壓系統(tǒng)的控制可以分三個(gè)層次：n (1)第一層次第

2、一層次。掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)中經(jīng)常執(zhí)行基本動(dòng)作，即推進(jìn)以及與推進(jìn)相關(guān)的支撐水平(x型)支撐、后支撐。n (2)第二層次第二層次。掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中有時(shí)需執(zhí)行的基本動(dòng)作，如調(diào)向、敞開(kāi)式掘進(jìn)機(jī)機(jī)頭頂護(hù)盾、側(cè)護(hù)盾伸縮等。n (3)第三層次第三層次。因特殊地質(zhì)情況需實(shí)現(xiàn)的操作，如錨桿件、鋼拱架安裝機(jī)等支護(hù)設(shè)備、刀盤(pán)點(diǎn)動(dòng)裝置、材料調(diào)運(yùn)裝置等。n 掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)以第一層次的動(dòng)作需求為要點(diǎn)設(shè)置泵站系統(tǒng)，而第二、三層次附屬中接在第一層次的系統(tǒng)上。（2）液壓系統(tǒng)的組成n 液壓系統(tǒng)由四個(gè)部分組成：n (1)動(dòng)力部分，指液壓泵，其作用是將電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液體的壓力勢(shì)能；n (2)控制部分，包括壓力、流量和方

3、向控制閥等，以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到所要求的運(yùn)動(dòng)方向、速度、轉(zhuǎn)速、力和力矩；n (3)執(zhí)行部分，指液壓缸和液壓馬達(dá)等。它是將液壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，輸往工作機(jī)構(gòu)；n (4)輔助部分，包括油箱、管路、管接頭、蓄能器、濾清器、冷卻器和各種控制儀表等。n 液壓系統(tǒng)按照液流循環(huán)方式的不同，可以分成開(kāi)式和閉式系統(tǒng)。（3）液壓系統(tǒng)布置n TB880E型掘進(jìn)機(jī)除了刀盤(pán)的主驅(qū)動(dòng)外，TBM全機(jī)與輔助機(jī)械設(shè)備皆為液壓驅(qū)動(dòng)，并采用液壓傳感監(jiān)控的方式，通過(guò)控制臺(tái)進(jìn)行操作。n 掘進(jìn)機(jī)的泵站有多個(gè)獨(dú)立的泵及其系統(tǒng)組成。一般情況下，這些泵獨(dú)立工作，在應(yīng)急情況下，有些泵可以相互切換，以減少洞內(nèi)停機(jī)時(shí)間；n 由于空間位置的限制，閥站采

4、用集中分散布置原則，即必須分散的閥件分散布置，在執(zhí)行元件上，如液壓缸的液壓鎖布置在液壓缸上；不影響安全和不增加管路的閥件則盡可能布置在司機(jī)室附近的閥站里。TBM液壓泵站盾構(gòu)機(jī)泵站撐靴液壓缸撐靴液壓缸液壓管路2.主機(jī)和輔助液壓系統(tǒng)原理（1）主機(jī)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)n 秦嶺隧道使用的88m掘進(jìn)機(jī)除電驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)工況外，主機(jī)各主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)均為液壓傳動(dòng)。主機(jī)液壓系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：n 配置較完備的過(guò)濾裝置，包括空氣過(guò)濾，加油過(guò)濾，回油過(guò)濾和壓油過(guò)濾。n 測(cè)壓點(diǎn)布置較齊全，各主要閥塊上預(yù)留測(cè)壓點(diǎn)，為系統(tǒng)故障診斷提供了便利條件。n 模塊化布置的集成閥塊大量減少了管路數(shù)量和長(zhǎng)度。（續(xù)上）n 管路中多次配有手動(dòng)截止閥，便

5、于故障檢查，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制鎖定，減少液壓閥更換時(shí)的漏油和實(shí)現(xiàn)特定功能。 結(jié)合不同工況實(shí)現(xiàn)雙泵合流。如掘進(jìn)機(jī)換步時(shí)，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)液壓缸快速收回。n 主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電控或電液遠(yuǎn)控，操作性能良好。TBM液壓控制閥(2)液壓子系統(tǒng)及泵站n 88m掘進(jìn)機(jī)整個(gè)液壓系統(tǒng)由一些單獨(dú)的液壓子系統(tǒng)組成：n 推進(jìn)、支撐、刀盤(pán)輔助驅(qū)動(dòng)等液壓系統(tǒng)。（液壓動(dòng)力站泵編號(hào)為P1、P2、P3、P3.1、P4、P5、P7、P8。）n 鋼拱架安裝機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)。（液壓動(dòng)力站泵的編號(hào)為P4。）n 1號(hào)和2號(hào)膠帶輸送機(jī)液壓系統(tǒng)。（液壓動(dòng)力站泵的編號(hào)為P6.1、P6.3、P6.2、P6.4。）n 3號(hào)膠帶輸送機(jī)液壓系統(tǒng)。（液壓動(dòng)力站泵的

6、編號(hào)P9.1、P9.3、P9.2、P9.4、P10。）n 礦車(chē)拖動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)。（液壓動(dòng)力站泵的編號(hào)為P12。）n 掘進(jìn)機(jī)前部錨桿鉆機(jī)和超前鉆機(jī)液壓系統(tǒng)。（液壓動(dòng)力站泵的編號(hào)為P13.1、P13.2、P13.3。）n 掘進(jìn)機(jī)后部錨桿鉆機(jī)和超前鉆機(jī)液壓系統(tǒng)。（液壓動(dòng)力站編號(hào)為P14.1、P14.2和P14.3。）（3）液壓動(dòng)力站的主要技術(shù)參數(shù)續(xù)表液壓動(dòng)力系統(tǒng)（4）柱塞泵的三對(duì)摩擦副缸體孔與柱塞，缸體端部與配流盤(pán)，滑靴與斜盤(pán)柱塞-缸體組件（5）TB880E支撐與推進(jìn)系統(tǒng)支撐液壓缸（6）支撐推進(jìn)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)n 掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)一般都將推進(jìn)系統(tǒng)和水平(x型)支撐系統(tǒng)分為兩個(gè)獨(dú)立的分系統(tǒng)而設(shè)置。必要時(shí)

7、，兩泵可以切換，以提高掘進(jìn)機(jī)的作業(yè)率。n 推進(jìn)缸和水平(x型)支撐缸的大腔容積比桿腔容積大兩倍左右，油缸收縮時(shí)，必須設(shè)有大腔回油的足夠通路來(lái)排油，否則要造成油溫急劇上升。n 推進(jìn)缸在空行程時(shí)要快速移動(dòng)。旦刀盤(pán)的刀具接觸掌子面后，要根據(jù)巖石的軟硬，完整和破碎程度決定推進(jìn)速度，因此推進(jìn)缸回路應(yīng)有快速空行程的功能。n 水平(x型)支撐在靴板接觸洞壁前或脫離洞壁后也需要一個(gè)快速空行程移動(dòng)。靴板撐緊洞壁后需要長(zhǎng)時(shí)間的保壓，因此水平(x型)支撐回路應(yīng)有快速空行程和保壓等功能。n 掘進(jìn)機(jī)的支撐系統(tǒng)(水平支撐、x型支撐、后支撐、頂護(hù)盾、側(cè)護(hù)盾等都需要長(zhǎng)期保壓功能，油缸都設(shè)有高性能的液壓鎖。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要避免

8、回油回路背壓過(guò)高，如上置式油箱又采用Y型換向閥，造成液壓鎖失效。（7）推進(jìn)液壓子系統(tǒng)n 該系統(tǒng)主要由單向變量泵、溢流閥、減壓閥、比例閥、電液換向閥和8個(gè)推進(jìn)液壓缸組成的開(kāi)式液壓回路。（8）推進(jìn)液壓系統(tǒng)分析n 單向變量泵采用德國(guó)Rexnorth公司生產(chǎn)的A4VS040LR2G+A10V028DFR雙連單向變量泵，其相連的小型泵，提供控制油路。n 該可調(diào)泵P3的控制裝置LRG，為遠(yuǎn)程恒功率控制。即在工作負(fù)載增加時(shí)，變量泵通過(guò)控制裝置使泵角減小，因而流量減少，使泵的壓力和流量的乘積(功率)始終保持為恒定值。n 掘進(jìn)時(shí)，PLC系統(tǒng)控制P3可調(diào)泵液壓回路中的電液比例閥(211-4)和定壓差減壓閥(211

9、-2)，通過(guò)換向閥(212-1)向推進(jìn)缸大腔供油，推動(dòng)刀盤(pán)向前掘進(jìn)。其掘進(jìn)速度由電液比例閥電位器的選定值來(lái)決定，且呈線(xiàn)性關(guān)系如圖所示。電位器選值大，比例閥開(kāi)度也大，因而流量增加，掘進(jìn)速度提高。但由于溢流閥2111的作用，如果巖石太硬，在推進(jìn)速度電位器未調(diào)至100時(shí)已達(dá)到溢流壓力，因而速度就上不去。其相互關(guān)系應(yīng)為圖3-5中折線(xiàn)OBC。推進(jìn)速度控制（9）1號(hào)和2號(hào)皮帶輸送機(jī)液壓系統(tǒng)n 該系統(tǒng)由液壓泵，各類(lèi)閥件和液壓馬達(dá)組成，屬閉式液壓回路，膠帶可連續(xù)調(diào)速。n 液壓泵是由德國(guó)Rexroth公司生產(chǎn)的雙連雙向可調(diào)式軸向柱塞泵，其內(nèi)部附帶注油小泵，供閉式液壓回路補(bǔ)油補(bǔ)油之用。n 主泵參數(shù)為：排量090m

10、Lr， 可調(diào)； 流量限制在105Lmin；公稱(chēng)壓力400bar，最大壓力450bar。注油小泵參數(shù)為：排量18.7mLr，最大流量為27Lmin，公稱(chēng)壓力40bar。 1號(hào)二號(hào)皮帶輸送機(jī)液壓系統(tǒng)n 該可調(diào)泵型號(hào)為A4VG90EP+A4VG90EP，其控制裝置為EP型，屬電控，帶比例電磁鐵。由電控的EP閥控制向油泵變量活塞提供的控制壓力(電控電磁鐵電流增加，泵流量增大)，從而使泵的排量無(wú)級(jí)可變，實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)傳輸速度的改變。（10）Robbins公司TBM液壓原理圖Robbins公司TBM液壓原理圖Robbins公司TBM液壓原理圖Robbins公司TBM液壓原理圖Robbins公司TBM液壓原

11、理圖Robbins公司TBM液壓原理圖3.液壓系統(tǒng)的使用和維護(hù)保養(yǎng)（1）液壓系統(tǒng)的安全操作n 液壓系統(tǒng)關(guān)系到掘進(jìn)機(jī)的安全，必須采取合理的布置及液控、液電控聯(lián)鎖來(lái)確保安全。n 敞開(kāi)式掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，水平(x型)支撐未撐到額定壓力，刀盤(pán)不準(zhǔn)回轉(zhuǎn)掘進(jìn)。n 敞開(kāi)式掘進(jìn)機(jī)在后支撐未撐到額定壓力時(shí)，水平(x型)支撐不得收縮脫離洞壁。n 掘進(jìn)作業(yè)開(kāi)始時(shí)，必須先啟動(dòng)出碴膠帶機(jī)，再開(kāi)始刀盤(pán)挖掘出碴。（續(xù)上頁(yè)）n 掘進(jìn)作業(yè)結(jié)束時(shí)，刀盤(pán)停止回轉(zhuǎn)后，出碴膠帶機(jī)運(yùn)碴干凈后才能停止運(yùn)作。n 掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，后配套牽引缸放空白由伸出，后配套不隨機(jī)前進(jìn)。掘進(jìn)作業(yè)完成后換行程時(shí)，后配套牽引缸才能動(dòng)作，這樣可以使主機(jī)推進(jìn)缸推力在

12、掘進(jìn)過(guò)程中不消耗在后配套牽引上，而確保有足夠的推力破碎巖石。n 液壓鎖必須安裝在回路的軟管之前靠近執(zhí)行元件處，以避免軟管破裂時(shí)液壓鎖繼續(xù)有效。（2）液壓件的壽命n 液壓件是掘進(jìn)機(jī)除刀具，傳動(dòng)系統(tǒng)的離合器、摩擦片外的第三位的易損件。液壓件的壽命直接影響到掘進(jìn)機(jī)的作業(yè)率，選用優(yōu)質(zhì)液壓元件是掘進(jìn)機(jī)洞內(nèi)作業(yè)的必須。目前國(guó)外掘進(jìn)機(jī)均采用德國(guó)、美國(guó)優(yōu)質(zhì)液壓件，其使用壽命是：n 泵、馬達(dá)、閥件的正常使用壽命是800010000h，是國(guó)產(chǎn)件壽命的46倍。n 油缸密封的正常使用壽命是8年，是國(guó)產(chǎn)件的4倍。n 軟管能滿(mǎn)足200萬(wàn)沖次的使用壽命，滿(mǎn)足1年以上的使用周期。n 管接頭從開(kāi)始使用直至拆開(kāi)均應(yīng)保持不漏油，拆

13、開(kāi)即更換新的。 （3）液壓系統(tǒng)檢查維護(hù)n 每天n 1查看油溫及波動(dòng)情況。n 2檢查泵、馬達(dá)和閥是否有噪音，否則停機(jī)，找出原因并修復(fù)。n 3.檢查液壓系統(tǒng)油溫達(dá)到操作溫度后有無(wú)泄漏，禁止徒手檢查。n 4.檢查液壓油過(guò)濾器，確保過(guò)濾器指示在綠色范圍。n 在TBM運(yùn)行初期，經(jīng)常更換過(guò)濾器，最初500小時(shí)內(nèi)時(shí)刻主要過(guò)濾元件的工作狀況；油溫正常，并且過(guò)濾器處于紅色范圍時(shí)，立即更換過(guò)濾器。n 5.查看各類(lèi)儀表是否指示正常。n 6. 每500小時(shí)更換一次，或根據(jù)供貨商推薦的間隔時(shí)間，以最短為準(zhǔn)。n 操作期間檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)的流量和壓力：如果壓力波動(dòng)劇烈，說(shuō)明潤(rùn)滑系統(tǒng)有問(wèn)題，應(yīng)停機(jī)檢查。油溫和油壓變化相反，油壓減

14、低，油壓上升。液壓油流失加劇，密封性能惡化。n 7密封潤(rùn)滑系統(tǒng)：檢查系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，確保系統(tǒng)有足夠的油供應(yīng)內(nèi)外密封，否則調(diào)整流量閥。n 8檢查潤(rùn)滑油回油泵是否滲漏。液壓系統(tǒng)檢查維護(hù)（續(xù)）n 每周n 每周各類(lèi)油品取樣做化學(xué)分析和金屬磨損分析（齒輪箱潤(rùn)滑油、液壓油等）。n 最初500小時(shí)，每100小時(shí)作一次油樣分析，此后每500小時(shí)作一次。潤(rùn)滑油分析最能反映主軸承和密封的工作狀況。金屬含量高表明齒輪或軸承損壞，泥沙活水含量高表明密封失效。 液壓系統(tǒng)檢查維護(hù)（續(xù)）n 每月n 鑒別壓力表刻度的準(zhǔn)確性。n 液壓系統(tǒng)：鑒別流量控制閥、平衡閥和壓力開(kāi)關(guān)的功能。n 潤(rùn)滑系統(tǒng)：鑒別壓力開(kāi)關(guān)和流量開(kāi)關(guān)。n 定量泵：調(diào)整輸出流量。n 推進(jìn)系統(tǒng)變量泵：調(diào)整泵輸出范圍從0到最大。n 液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)過(guò)慮元件：外觀檢查元件是否損壞或工作異常；更換潤(rùn)滑油箱、