隧道盾构机液压系统工作原理

隧道盾构机液压系统工作原理

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.盾构机液压推进及铰接系统

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个液压系统的作用及工作原理。

（一）盾构机液压推进及铰接系统

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

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纠偏功能。铰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恒压变量泵（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。恒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。

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） -A111 （流量调整）-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。四组阀组中的电液换向阀的液控油由定量泵 1P002 ）经减压阀（1V034 ）提供。

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2.铰接装置工作模式分三种：

铰接装置的动力来源于推进系统的液压泵站中的定量泵（1P002），

铰接装置的加载和卸载由（A349 ）两位

两通电液阀控制。

（1）铰接回收（PULL或RETRACTION）

模式（减小铰接间隙），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，

高压油进入铰接油缸的有杆腔使铰接油缸

回收。

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（2）铰接保持（HOLD或FRE巳模式（浮动模式），该模式下（H001、H002）都不得电截止。铰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，直线推进时保持铰接间隙，转弯时处于浮动状态。

（3）铰接释放（RELEASE或LOOSE 模式（伸长模式），当（H001）得电导通，（H002）无电截止时，铰接油缸有杆腔的油接通低压，在盾构机推进时，因盾尾的阻力使铰接油缸被拉长，达到增大铰接间隙的目的。该油路中还设有负载溢流阀（V2）、压力传感器（H005）及铰接间隙长度传感器。另外可以通过（2V003、2V004、）的导通和截止达到铰接保持和铰接释放功能。但当（2V003、2V004）两个阀的截止，在铰接油缸有杆腔的压力过高时（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，可能会使铰接油缸损坏或油管爆裂。

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（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

闭式回路的低压端进行补油，然后经主泵的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

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

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外部控制回路调压控制，以便实现换向和无级调速。两个补油单向阀分

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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

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