1、第九講第九講大型施工機械大型施工機械TBM部分部分 TBM液壓系統 主講：郭京波主講：郭京波目錄1.TBM液壓系統的組成2.主機和輔助液壓系統原理3.液壓系統的使用和維護保養1.TBM液壓系統的組成（1）TBM液壓系統的作用n 掘進機屬于大型復雜的隧道施工機械，機上采用三種不同的傳動方式：機械傳動、液壓傳動和電氣傳動。n 由于液壓傳動具有體積小、單位功率重量輕、可方便進行無級調速等獨特的優點，因此它是當今掘進機重要的傳動方式。n 液壓系統裝機功率大，元件數量多，工作壓力高，電控液控關系復雜。TBM液壓系統的作用(續）n 根據掘進機的動作重要性，液壓系統的控制可以分三個層次：n (1)第一層次第

2、一層次。掘進機在掘進中經常執行基本動作，即推進以及與推進相關的支撐水平(x型)支撐、后支撐。n (2)第二層次第二層次。掘進機在掘進過程中有時需執行的基本動作，如調向、敞開式掘進機機頭頂護盾、側護盾伸縮等。n (3)第三層次第三層次。因特殊地質情況需實現的操作，如錨桿件、鋼拱架安裝機等支護設備、刀盤點動裝置、材料調運裝置等。n 掘進機液壓系統以第一層次的動作需求為要點設置泵站系統，而第二、三層次附屬中接在第一層次的系統上。（2）液壓系統的組成n 液壓系統由四個部分組成：n (1)動力部分，指液壓泵，其作用是將電動機或內燃機產生的機械能轉變成液體的壓力勢能；n (2)控制部分，包括壓力、流量和方

3、向控制閥等，以保證執行機構得到所要求的運動方向、速度、轉速、力和力矩；n (3)執行部分，指液壓缸和液壓馬達等。它是將液壓勢能轉換成機械能，輸往工作機構；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 液壓系統按照液流循環方式的不同，可以分成開式和閉式系統。（3）液壓系統布置n TB880E型掘進機除了刀盤的主驅動外，TBM全機與輔助機械設備皆為液壓驅動，并采用液壓傳感監控的方式，通過控制臺進行操作。n 掘進機的泵站有多個獨立的泵及其系統組成。一般情況下，這些泵獨立工作，在應急情況下，有些泵可以相互切換，以減少洞內停機時間；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室附近的閥站里。TBM液壓泵站盾構機泵站撐靴液壓缸撐靴液壓缸液壓管路2.主機和輔助液壓系統原理（1）主機液壓系統的特點n 秦嶺隧道使用的88m掘進機除電驅動掘進工況外，主機各主要執行機構均為液壓傳動。主機液壓系統具有如下特點：n 配置較完備的過濾裝置，包括空氣過濾，加油過濾，回油過濾和壓油過濾。n 測壓點布置較齊全，各主要閥塊上預留測壓點，為系統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量和長度。（續上）n 管路中多次配有手動截止閥，便

5、于故障檢查，實現強制鎖定，減少液壓閥更換時的漏油和實現特定功能。 結合不同工況實現雙泵合流。如掘進機換步時，實現推進液壓缸快速收回。n 主要執行機構的液壓系統實現電控或電液遠控，操作性能良好。TBM液壓控制閥(2)液壓子系統及泵站n 88m掘進機整個液壓系統由一些單獨的液壓子系統組成：n 推進、支撐、刀盤輔助驅動等液壓系統。（液壓動力站泵編號為P1、P2、P3、P3.1、P4、P5、P7、P8。）n 鋼拱架安裝機構液壓系統。（液壓動力站泵的編號為P4。）n 1號和2號膠帶輸送機液壓系統。（液壓動力站泵的編號為P6.1、P6.3、P6.2、P6.4。）n 3號膠帶輸送機液壓系統。（液壓動力站泵的

6、編號P9.1、P9.3、P9.2、P9.4、P10。）n 礦車拖動裝置液壓系統。（液壓動力站泵的編號為P12。）n 掘進機前部錨桿鉆機和超前鉆機液壓系統。（液壓動力站泵的編號為P13.1、P13.2、P13.3。）n 掘進機后部錨桿鉆機和超前鉆機液壓系統。（液壓動力站編號為P14.1、P14.2和P14.3。）（3）液壓動力站的主要技術參數續表液壓動力系統（4）柱塞泵的三對摩擦副缸體孔與柱塞，缸體端部與配流盤，滑靴與斜盤柱塞-缸體組件（5）TB880E支撐與推進系統支撐液壓缸（6）支撐推進液壓系統的特點n 掘進機的液壓系統一般都將推進系統和水平(x型)支撐系統分為兩個獨立的分系統而設置。必要時

7、，兩泵可以切換，以提高掘進機的作業率。n 推進缸和水平(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，必須設有大腔回油的足夠通路來排油，否則要造成油溫急劇上升。n 推進缸在空行程時要快速移動。旦刀盤的刀具接觸掌子面后，要根據巖石的軟硬，完整和破碎程度決定推進速度，因此推進缸回路應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快速空行程移動。靴板撐緊洞壁后需要長時間的保壓，因此水平(x型)支撐回路應有快速空行程和保壓等功能。n 掘進機的支撐系統(水平支撐、x型支撐、后支撐、頂護盾、側護盾等都需要長期保壓功能，油缸都設有高性能的液壓鎖。整個系統設計時要避免

8、回油回路背壓過高，如上置式油箱又采用Y型換向閥，造成液壓鎖失效。（7）推進液壓子系統n 該系統主要由單向變量泵、溢流閥、減壓閥、比例閥、電液換向閥和8個推進液壓缸組成的開式液壓回路。（8）推進液壓系統分析n 單向變量泵采用德國Rexnorth公司生產的A4VS040LR2G+A10V028DFR雙連單向變量泵，其相連的小型泵，提供控制油路。n 該可調泵P3的控制裝置LRG，為遠程恒功率控制。即在工作負載增加時，變量泵通過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 掘進時，PLC系統控制P3可調泵液壓回路中的電液比例閥(211-4)和定壓差減壓閥(211

9、-2)，通過換向閥(212-1)向推進缸大腔供油，推動刀盤向前掘進。其掘進速度由電液比例閥電位器的選定值來決定，且呈線性關系如圖所示。電位器選值大，比例閥開度也大，因而流量增加，掘進速度提高。但由于溢流閥2111的作用，如果巖石太硬，在推進速度電位器未調至100時已達到溢流壓力，因而速度就上不去。其相互關系應為圖3-5中折線OBC。推進速度控制（9）1號和2號皮帶輸送機液壓系統n 該系統由液壓泵，各類閥件和液壓馬達組成，屬閉式液壓回路，膠帶可連續調速。n 液壓泵是由德國Rexroth公司生產的雙連雙向可調式軸向柱塞泵，其內部附帶注油小泵，供閉式液壓回路補油補油之用。n 主泵參數為：排量090m

10、Lr， 可調； 流量限制在105Lmin；公稱壓力400bar，最大壓力450bar。注油小泵參數為：排量18.7mLr，最大流量為27Lmin，公稱壓力40bar。 1號二號皮帶輸送機液壓系統n 該可調泵型號為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)，從而使泵的排量無級可變，實現膠帶輸送機傳輸速度的改變。（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.液壓系統的使用和維護保養（1）液壓系統的安全操作n 液壓系統關系到掘進機的安全，必須采取合理的布置及液控、液電控聯鎖來確保安全。n 敞開式掘進機在掘進作業時，水平(x型)支撐未撐到額定壓力，刀盤不準回轉掘進。n 敞開式掘進機在后支撐未撐到額定壓力時，水平(x型)支撐不得收縮脫離洞壁。n 掘進作業開始時，必須先啟動出碴膠帶機，再開始刀盤挖掘出碴。（續上頁）n 掘進作業結束時，刀盤停止回轉后，出碴膠帶機運碴干凈后才能停止運作。n 掘進作業時，后配套牽引缸放空白由伸出，后配套不隨機前進。掘進作業完成后換行程時，后配套牽引缸才能動作，這樣可以使主機推進缸推力在

12、掘進過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行元件處，以避免軟管破裂時液壓鎖繼續有效。（2）液壓件的壽命n 液壓件是掘進機除刀具，傳動系統的離合器、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機的作業率，選用優質液壓元件是掘進機洞內作業的必須。目前國外掘進機均采用德國、美國優質液壓件，其使用壽命是：n 泵、馬達、閥件的正常使用壽命是800010000h，是國產件壽命的46倍。n 油缸密封的正常使用壽命是8年，是國產件的4倍。n 軟管能滿足200萬沖次的使用壽命，滿足1年以上的使用周期。n 管接頭從開始使用直至拆開均應保持不漏油，拆

13、開即更換新的。 （3）液壓系統檢查維護n 每天n 1查看油溫及波動情況。n 2檢查泵、馬達和閥是否有噪音，否則停機，找出原因并修復。n 3.檢查液壓系統油溫達到操作溫度后有無泄漏，禁止徒手檢查。n 4.檢查液壓油過濾器，確保過濾器指示在綠色范圍。n 在TBM運行初期，經常更換過濾器，最初500小時內時刻主要過濾元件的工作狀況；油溫正常，并且過濾器處于紅色范圍時，立即更換過濾器。n 5.查看各類儀表是否指示正常。n 6. 每500小時更換一次，或根據供貨商推薦的間隔時間，以最短為準。n 操作期間檢查潤滑系統的流量和壓力：如果壓力波動劇烈，說明潤滑系統有問題，應停機檢查。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密封潤滑系統：檢查系統運行是否正常，確保系統有足夠的油供應內外密封，否則調整流量閥。n 8檢查潤滑油回油泵是否滲漏。液壓系統檢查維護（續）n 每周n 每周各類油品取樣做化學分析和金屬磨損分析（齒輪箱潤滑油、液壓油等）。n 最初500小時，每100小時作一次油樣分析，此后每500小時作一次。潤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。 液壓系統檢查維護（續）n 每月n 鑒別壓力表刻度的準確性。n 液壓系統：鑒別流量控制閥、平衡閥和壓力開關的功能。n 潤滑系統：鑒別壓力開關和流量開關。n 定量泵：調整輸出流量。n 推進系統變量泵：調整泵輸出范圍從0到最大。n 液壓系統、潤滑系統過慮元件：外觀檢查元件是否損壞或工作異常；更換潤滑油箱、