土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的組成及工作原理

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摘要：本文詳細(xì)論述了各系統(tǒng)基本控制原理和系統(tǒng)之間的聯(lián)系。盾構(gòu)中plc起了很關(guān)鍵性的作用，每個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)，各個(gè)控制柜內(nèi)plc模塊的通訊和每個(gè)放大板的正常工作，都離不開plc。挖掘切削功能的刀盤是整臺(tái)盾構(gòu)的主體，刀盤決定了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的快慢。螺旋輸送機(jī)決定了盾構(gòu)機(jī)的排渣能力。管片安裝機(jī)性能決定了安裝能力。推進(jìn)系統(tǒng)是要給刀盤一個(gè)推進(jìn)力，是直接影響掘進(jìn)速度的一個(gè)因素，油脂系統(tǒng)的作用是潤滑主軸承，盾尾密封，軸承密封。每個(gè)系統(tǒng)都是相互聯(lián)系的。 

關(guān)鍵詞：土壓平衡plc放大板 掘進(jìn)速度    隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，新事物不斷涌現(xiàn)，盾構(gòu)機(jī)的出現(xiàn)雖然有一定時(shí)間，但是，盾構(gòu)機(jī)集成了很多現(xiàn)代科技。大型plc,各種性能優(yōu)良的液壓泵，各種先進(jìn)的控制理念都體現(xiàn)在了盾構(gòu)機(jī)上。我們要去學(xué)習(xí)和了解它，從而去創(chuàng)新和改造它。  現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等功能。  盾構(gòu)機(jī)挖掘主要靠刀盤切削來完成，不同地質(zhì)刀盤通常配備有不同數(shù)量的切刀或滾刀。為了確保切刀的耐久性，要選擇與土質(zhì)相適應(yīng)的切刀形狀。刀刃材料通常是以鎢碳化合物為主燒結(jié)超硬合金。切刀要合理排列以達(dá)到能切削整個(gè)掌子面的目的。地層為巖石或地層中存在大塊卵石情況下，安裝滾刀是必不可少的，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)刀盤旋轉(zhuǎn)的同時(shí)啟動(dòng)推進(jìn)千斤頂將刀盤壓緊巖層，刀盤上的滾刀一邊滾動(dòng)一邊破巖，刀盤旋轉(zhuǎn)推力使得滾刀不斷滾動(dòng)前進(jìn)，從而對(duì)整個(gè)掌子面的巖石開挖。刀盤上有仿形刀裝置，此裝置為液壓缸驅(qū)動(dòng)，由切削刀，液壓油缸構(gòu)成，在必要時(shí)（如糾偏，轉(zhuǎn)彎）進(jìn)行盾體外周超挖或余掘。主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有兩個(gè)變量柱塞泵（分別有兩個(gè)315kw電機(jī)，電機(jī)分別由兩個(gè)軟啟動(dòng)器驅(qū)動(dòng)），8個(gè)液壓馬達(dá)（用來驅(qū)動(dòng)刀盤），補(bǔ)油泵（75kw電機(jī)驅(qū)動(dòng)），控制泵，恒功率閥塊，hbw油脂系統(tǒng)，軸承潤滑系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)組成。1.啟動(dòng)控制泵，緩慢調(diào)節(jié)控制泵的切斷閥（順時(shí)針增大壓力），泵輸出壓力逐步升高，控制泵的安全壓力設(shè)定為8.0mpa。2.啟動(dòng)補(bǔ)油泵，再緩慢調(diào)節(jié)溢流閥，溢流閥壓力升至2.0mpa。鎖緊補(bǔ)油泵旁路溢流閥和換油流量調(diào)節(jié)溢流閥鎖緊螺母；3.啟動(dòng)冷卻水泵（主驅(qū)動(dòng)有8個(gè)液壓馬達(dá)，每個(gè)液壓馬達(dá)帶一個(gè)減速器，用來冷卻減速器，）。4.啟動(dòng)潤滑油脂系統(tǒng)，hbw系統(tǒng)，齒輪油系統(tǒng)）4.硬件上強(qiáng)制給plc一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)(不需要啟主驅(qū)泵)。選擇刀盤旋轉(zhuǎn)方向（即主泵上三位四通換向閥得電情況兩個(gè)泵需一致），觀察兩個(gè)主泵斜盤變化，變化正常后再按正常程序啟動(dòng)主泵。5.調(diào)節(jié)主驅(qū)動(dòng)恒功率控制模塊比例溢流閥(該比例溢流閥是一個(gè)型號(hào)為vt3000力士樂放大板，放大板使能端接了一個(gè)中間繼電器常開觸點(diǎn)，刀盤啟動(dòng)條件滿足完全滿足時(shí)，這個(gè)plc有相應(yīng)的q點(diǎn)輸出，中間繼電器常開觸點(diǎn)閉合，放大板正常工作，通過電位計(jì)（0-10v直流電壓）來控制放大板的輸出從而控制斜盤斜率，控制泵的排量。  螺旋輸送機(jī)作用是出渣和調(diào)節(jié)土倉土壓力，螺旋葉片從土倉下部伸入土倉中取土，將渣土輸送到輸送機(jī)后腹部，通過出土閘門卸在皮帶輸送機(jī)上。土壓平衡模式掘進(jìn)時(shí)，推進(jìn)速度一定時(shí)，通過調(diào)節(jié)出土閘門開啟度和螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)土倉內(nèi)土倉壓力的調(diào)節(jié)，保證隧道開挖面的穩(wěn)定性。螺旋輸送機(jī)排土口有兩個(gè)由液壓缸控制的出土閘門，通過它控制螺旋輸送機(jī)排土量，開啟油缸上安裝有行程傳感器，根據(jù)掘進(jìn)速度在操作盤上任意控制閘門開啟度，隨時(shí)調(diào)節(jié)排土量實(shí)現(xiàn)土塞效應(yīng)，形成良好的排土止水效果，土壓平衡模式掘進(jìn)時(shí)，可起到調(diào)節(jié)土倉土壓力作用。螺旋軸采用驅(qū)動(dòng)端固定，一端浮動(dòng)支撐形式，取土端外殼焊接耐磨合金條，螺旋葉片邊緣焊有硬質(zhì)合金塊，葉片受渣土摩擦的一面堆焊有硬質(zhì)合金條紋。動(dòng)力有200kw電機(jī)，一個(gè)變量柱塞泵，比例換向閥，液壓馬達(dá)。在主控制室啟動(dòng)潤滑油脂系統(tǒng)，hbw系統(tǒng)，啟動(dòng)螺旋輸送機(jī)電機(jī)（由軟啟動(dòng)器驅(qū)動(dòng)），分別啟動(dòng)左右轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)調(diào)速旋扭（0-10v）,比例換向閥（該比例換向閥的閥芯位移由vt3000力士樂比例放大板驅(qū)動(dòng)），當(dāng)給放大板的給定越大時(shí)，放大板輸出越大，閥芯位移越大，泵出口流量越大。  管片拼裝機(jī)具有6個(gè)自由度，包括前后移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，伸舉運(yùn)動(dòng)和繞管片自身旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。管片拼裝機(jī)回轉(zhuǎn)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，拼裝機(jī)有以下特點(diǎn)：1.拼裝機(jī)的動(dòng)力裝置安裝在拼裝機(jī)的結(jié)構(gòu)件上。2.拼裝機(jī)前進(jìn)后退，旋轉(zhuǎn)可以做到無級(jí)調(diào)速。3.管片拼裝機(jī)具有無線操作功能。拼裝管片作業(yè)時(shí)可以在安全的地方進(jìn)行操作。啟動(dòng)管片安裝機(jī)泵，兩個(gè)比例放大板（驅(qū)動(dòng)前進(jìn)后退旋轉(zhuǎn)的比例閥），抓舉頭抓緊前傾后傾旋轉(zhuǎn)都靠換向閥控制。管片機(jī)上有兩個(gè)電氣限位開關(guān)（左右旋轉(zhuǎn)限位）。  推進(jìn)系統(tǒng)，推進(jìn)油缸共分為四組，每組推進(jìn)油缸的壓力可通過操縱控制臺(tái)上的電位計(jì)手工調(diào)整（推進(jìn)掘進(jìn)模式時(shí)，通過電位計(jì)的給定，給定通過plc給放大板，放大板再把信號(hào)給推進(jìn)閥組的比例溢流閥，從而控制每組的工作壓力，從而改變盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)）。每個(gè)推進(jìn)油缸可單獨(dú)選擇。4組推力油缸都配備有位移傳感器，速度可通過控制臺(tái)連續(xù)調(diào)整。每個(gè)推力油缸末端都有裝在球窩接頭上的墊塊，上面覆蓋一層聚亞安酯，確保與環(huán)均勻平滑接觸。推進(jìn)軸線和管片軸線共線，目的是防止產(chǎn)生管片混凝土中任何應(yīng)力。管片安裝模式時(shí)（管片安裝機(jī)泵的旁邊有一帶位移傳感器的比例溢流閥，電氣上有一個(gè)型號(hào)為vt-vrpa1-1x/v0/0哈威放大板，當(dāng)位移信號(hào)反饋到放大板時(shí)，放大板有給定時(shí)，這個(gè)給定是在上位機(jī)上設(shè)置的,放大板才能輸出，泵才會(huì)有相應(yīng)出口壓力），可通過管片安裝機(jī)遙控器或固定操作面板單獨(dú)控制任何一對(duì)油缸，以滿足封頂塊安裝在不同的點(diǎn)位上。  注漿系統(tǒng)，開挖土體和管片之間的間隙在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中需要持續(xù)不斷地注入砂漿。后背注漿主要功能是:1.避免地面下沉.2.維持管片襯砌環(huán)脫離盾尾后的形狀，維持襯砌環(huán)之間的密封壓力。  油脂系統(tǒng)：1.盾尾油脂注入系統(tǒng)，這種油脂能止水，防止注漿材料流入的作用，也有防止盾尾鋼絲刷磨損的作用。盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中根據(jù)需要向盾尾鋼絲刷中注入油脂。盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中需不斷地向盾尾鋼絲刷中注入具有一定壓力的油脂。由于油脂的不斷充填，可以獲得充足的止水效果。2.潤滑油脂系統(tǒng)，潤滑油脂系統(tǒng)由一個(gè)氣動(dòng)泵和一個(gè)多點(diǎn)泵組成。工作原理是當(dāng)多點(diǎn)泵油脂桶的超聲波液位開關(guān)感應(yīng)到低液位信號(hào)時(shí)，氣泵開始動(dòng)作往多點(diǎn)泵油脂桶注油脂，當(dāng)超聲波液位開關(guān)感應(yīng)到高液位信號(hào)時(shí)，氣泵停止注油脂，多點(diǎn)泵開始動(dòng)作，往軸承里面注油脂。3.hbw系統(tǒng)，hbw主要作用是刀盤前面的泥漿進(jìn)入到軸承里面，起到保護(hù)軸承的作用。  隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新材料新工藝的出現(xiàn)必然會(huì)給盾構(gòu)這個(gè)產(chǎn)業(yè)帶來更大的發(fā)展空間。  參考文獻(xiàn)  [1] 許福玲.液壓與氣壓傳動(dòng)[m].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.  [2] 胡厚田，白志勇。土木工程地質(zhì)[m].北京:高等教育出版社,2003.