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1、盾构液压系统原理,2008年11月22日,主要内容,一、HERRENKNECH海瑞克土压平衡盾构原理 推进系统 刀盘驱动系统 管片安装机系统 螺旋输送机系统 二、KOMATUSU小松土压平衡盾构原理 推进系统 螺旋输送机系统 管片安装机系统 注浆系统 三、NFM土压盾构原理 推进系统 主驱动系统 四、泥水盾构液压原理 破碎机原理 泥水处理系统原理 五、常见问题及处理,一、海瑞克土压平衡盾构原理,一）推进系统的特点 实现的功能：提供盾构机前进的力和速度。实现盾构转弯以及姿态调整。配合拼装管片。 两种模式：推进模式、管片拼装模式。 1、推进模式：压力闭环控制，流量通过电位器调节。 油泵压力处于自动
2、工作状态，泵出口的电比例溢流阀压力根据推进油缸压力传感器反馈的压力调节。阀组电比例调速阀从最小流量开始调节，电比例溢流阀工作在设定压力状态。在程序里面可以设定一些内容，适应现场的操作情况。 2、管片安装模式：油泵压力通过上位机设定，一般设定为30bar，电比例调速阀处于关闭状态，电比例溢流阀设定在高压状态（400bar） 推进模式下的调速特点 对整个系统而言属于容积节流调速回路的范畴：恒压变量泵与调速阀配合调速。4组调速阀并在一个电位器上，用一个旋钮统一调整。恒压泵根据调速阀需要的流量，同时满足系统需要的压力。在推进模式时，恒压泵的压力通过电比例溢流阀控制泵的变量先导控制阀。此时，电比例溢流阀
3、的压力通过程序设定。设定的压力比四组油缸检测的最高压力高2040bar，用于满足电比例调速阀稳定流量需要的最小压差。（关于这一点可以参考调速阀的原理，调速阀是在节流阀原理的基础上，做压力补偿，压力补偿的方式即是保证节流阀两端的压差不受外界的影响和阀开口的影响，这样输出的流量始终与阀的调节开口成线性的关系。补偿的手段一般为进口定差减压的方式。如果进口压力高于负载很多则能够满足压差的需要，但是更多的压力损失在减压的阀口上。） 推进模式下的姿态调整，压力调整 电比例溢流阀调整每组输出的压力。海瑞克系统中，比例溢流阀的作用：实际上是面板上的推进力电位器旋钮。从这一点来说，推进系统是一个力控制系统。 比
4、例电磁铁的特点：水平吸力特性：在电流不变的情况下，保持输出力大小不变。但是不是阀开口不变，阀的开口会根据负载的波动而变化。具体的变化量，与负载需要的力和速度有关。 管片安装模式推进缸控制 可实现单个油缸的伸缩。当在管片安装状态时，或者说推进模式结束时。电比例调速阀和电比例溢流阀处于关闭状态。即选择常位为关闭的阀类。这一点可以参考HAWE电比例阀的样本。,海瑞克推进系统操作面板,电位器说明 对应的液压原理图上的阀说明,REXROTH液压泵变量控制的原理,配合外界压力的要求，通过泵排量的改变，自动达到流量的改变。利用泵的出口压力或一些反馈的压差与输入原值（即设定值）比较，通过变量控制机构的位置变化
5、进而控制泵的排量。变量结构是一切变量泵的基础，一般是指变量阀或缸。一般的变量采用位置反馈（例如电比例流量控制泵）和位移力反馈（例如恒压泵，负荷敏感泵）的方式。 变量活塞跟随先导阀的位移而定位，二者的行程相等或者成一定的比例。先导阀的阀套与变量活塞之间通过连杆相连。变量活塞的大腔是控制敏感腔。变量活塞大小腔的面积比一般为2：1。响应时间一般为几毫秒到几十毫秒。但是大部分图纸上画的图形符号，把先导阀画为两位，实际上是三位，即先导控制阀是比例阀和伺服阀的范畴，肯定存在中位的遮盖情况。 变量控制油源，有自控式和他控式。单向变量泵一般采用自控式（例如推进系统的恒压泵），双向变量泵一般采用他控式（避免换向
6、时排量为零位，没有压力源可以改变摆角的死区问题，如果采用自控的方式必须利用蓄能器来辅助变量）。 1、需要注意的是自控式单向变量泵，为了解决启动时是否能产生变量控制所需要的控制油源的问题，一般情况下单向泵设计成原始状态为最大排量的位置。这一点可以通过变量结构的形式来实现。 2、对于他控的双向变量泵，一般设计成原始位置为零排量，即斜盘处于中间位置。,恒压变量泵的特点,1、压力随设定值改变，现在一般通过外加电比例溢流阀作为先导阀来实现。 2、当系统压力未达到设定的压力前，泵作为定量泵使用，工作在最大排量状态。 3、当达到设定值时，根据负载需要的流量要求，泵排量发生变化，在恒压状态下泵排量可以在0Qm
7、ax之间适应系统的需要而自动改变。,比例控制流量调节泵的特点,恒流泵、负荷传感泵 1、泵的输出流量只与输入的控制信号相关，而不受负载压力变化的影响。 2、当作为负荷传感泵使用时（当节流阀出口有反馈压力到控制阀芯时），泵的出口仅比负载压力高出一个定值（用于保证节流阀的阻力差）。在最高限压范围内泵始终能自动适应负载的变化。也就是泵始终能工作于与负载功率匹配的状况，所谓的功率适应泵。 电比例控制泵的功能在，盾构机系统中几乎没有使用，仅在管片安装机系统中做过尝试，但是由于泵的位置距离反馈油路太远的原因，也没有使用。 3、在REXTOTH，如果反馈油口堵死，则比例流量调节作用不能实现。,二）海瑞克刀盘驱
8、动系统,实现的功能：可变转速，可正反转，足够的扭矩，脱困。 变量泵定量马达（两档排量），闭式容积调速回路 调速方法 排量功率复合控制。 在工作过程中以恒排量控制为主，恒功率的设定主要体现在功率保护上。 恒功率控制原理，LV恒功率阀原理。恒功率阀的作用类似于恒功率泵的变量方式，具体功率的设定，都是通过复合弹簧来实现。但是说明一点，任何恒功率阀都是相对泵的变量曲线设定的。非互换性。 A4VGHD变量控制原理，液控变量控制。 A6VM变量马达，HD和HA控制的不同点。 HD是单独的外控变量方式，油源由他控产生。原始状态马达设定为大排量状态。 HA，自身变量控制，一旦设定的变量压力达到，则马达自动由小
9、排量变为大排量。主要应用在汽车驱动系统中，起步时，阻力大压力高马达大排量工作，速度较慢。负载低时马达小排量高速工作。使用于卷扬机系统，负载相对稳定时，可以根据负载的不同自动改变速度。还有一点值得注意，处于临界状态时，马达的排量可以根据负载的情况在最大和最小排量之间无极变化。这种相对刀盘系统来说，纯在问题，关于这一点值得深入探讨。 高低两档转速、脱困的操作说明 脱困档，仍然处在功率保护线上。 单马达停车制动,补油回路 螺杆泵单独补油系统 换油回路 靠油泵自身的换油冲洗阀实现。179、与217的不同点，前者在马达侧还有换油阀，后者没有。具体换油量的大小，根据系统的实际工况来定。 油泵壳体冲洗回路，
10、在单泵原有基础上的改进。采用节流溢流联合的方式。保证系统的稳定性。,三）海瑞克管片安装机系统,实现的功能：力和速度，六个自由度。 DFLR泵控原理 BUCHER电比例多路换向阀说明 进口定差减压，压力补偿功能 优先控制，恒功率优先，流量，压力 BUCER平衡阀说明,四）海瑞克螺旋输送机系统,实现的功能：转速和扭矩，正反转，转速可调。 典型的闭式回路说明 A4VSG EP泵说明,二、小松土压平衡盾构液压系统,一）小松推进液压系统 川崎电比例变量泵K3VG-11FR-OE。 电比例减压阀控制推进力。 推进模式和管片安装模式的压力设定。两级调压阀。 快速回收功能。,小松推进系统触摸屏,二）小松管片安
11、装机液压系统,闭式带压油箱 阀控节流调速系统 6个自由度控制,三）小松注浆系统,注浆冲洗回路的设计特点,三、NFM土压平衡盾构液压系统,一）推进系统 NFM推进泵A11VOEP2D，电比例流量控制泵，带有压力切断功能。设定的压力对系统起限压功能。通过改变电比例泵的流量改变最大推进速度。 电比例减压阀控制,二）NFM刀盘驱动系统特点,EP2电比例变排量泵，容积调速回路； 没有恒功率功能 A4VG泵本身变异，叠加压力切断功能，实现正常工作和脱困两种功能。 泵自身带补油泵，作为补油和变量控制油源 HD液控变量泵马达。没有壳体冲洗功能。 没有停车制动功能。,四、泥水盾构液压系统,一）破碎机系统 压力开关控制破碎机油缸的换向 系统容易污染，设计慎重 二）泥水系统,五、常见故障及处理,1、武汉长江隧道NFM盾构推进系统冲击； 2、广深港NFM盾构管片安装机自动回收； 3、广州六号线NFM盾构主驱动补油泵损坏； 4、南京地铁HRK盾构，推进系统速度慢； 5、成都HRK地铁螺旋输送机泵噪声高； 6、西安地铁KMOT盾构接头体处漏油； 7、沈阳地铁小松盾构推进系统故障。,
