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1、,第九讲,大型施工机械TBM部分,TBM液压系统,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,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。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。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）,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：(1)第一层次。掘进机在掘进中经常执行基本动作，即推
2、进以及与推进相关的支撑水平(x型)支撑、后支撑。(2)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。(3)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。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,液压系统由四个部分组成：(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；(2)控制部分，包括压力、流量和方向控制阀等，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；(3)执行
3、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；(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。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,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。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；由于空间位置的限制，阀站采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
4、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,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,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：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。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。模块化布置的集成阀块大量减少了管路数量和长度。,（续上）,管路中多次配有手动截止阀，便于故障检查，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
5、推进液压缸快速收回。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,88m掘进机整个液压系统由一些单独的液压子系统组成：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。）钢拱架安装机构液压系统。（液压动力站泵的编号为P4。）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。）,3号胶带输送机液压系统。（液压动力站泵的编号P9.1、P9.3、P9.2、P9.4、P10。）矿车拖动装置液压系统。（液压动力站泵的编号为P12。）掘进机前部锚杆钻机和
6、超前钻机液压系统。（液压动力站泵的编号为P13.1、P13.2、P13.3。）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,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，两泵可以切换，以提高掘进机的作业率。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
7、的足够通路来排油，否则要造成油温急剧上升。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。,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。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,该系统主要由单向变量泵、溢流阀、减压阀、比例阀、电
8、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,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。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。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(211-2)，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
9、，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,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。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之用。主泵参数为：排量090mLr， 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4
10、0bar。,1号二号皮带输送机液压系统,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,液压系统关系到掘进机的安全，必须采取合理的布置及液
11、控、液电控联锁来确保安全。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。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。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）,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。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。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,
12、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：泵、马达、阀件的正常使用寿命是800010000h，是国产件寿命的46倍。油缸密封的正常使用寿命是8年，是国产件的4倍。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。管接头从开始使用直至拆开均应保持不漏油，拆开即更换新的。,（3）液压系统检查维护,每天1查看油温及波动情况。2检查泵、马达和阀是否有噪音，否则停机，找出原因并修复。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。
13、4.检查液压油过滤器，确保过滤器指示在绿色范围。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。5.查看各类仪表是否指示正常。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。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，油压减低，油压上升。液压油流失加剧，密封性能恶化。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。8检查润滑油回油泵是否渗漏。,液压系统检查维护（续）,每周每周各类油品取样做化学分析
14、和金属磨损分析（齿轮箱润滑油、液压油等）。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）,每月鉴别压力表刻度的准确性。液压系统：鉴别流量控制阀、平衡阀和压力开关的功能。润滑系统：鉴别压力开关和流量开关。定量泵：调整输出流量。推进系统变量泵：调整泵输出范围从0到最大。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、液压油箱的呼吸器。 主轴承、大齿圈和驱动齿轮的工作情况可通过回油过滤器元件的检查来监测。减速器：更换润滑油。,液压系统检查维护（续）,半年润滑油箱和磁滤器：排空并清洗油箱和磁滤器，检查浮动开关的操作功能。液压油缸：外观检查活塞杆防尘圈是否损坏。（3）蓄能器：鉴别蓄能器氮气充填压力是否合适（参见液压系统指定氮气充填压力表图）。泵联轴器：润滑。每年根据供货商推荐的维护程序对润滑油回油泵进行相应维护。,THE END,谢 谢！,
