石家庄铁道大学 朱齐平Mobile:13703113730 E-mail:qipingzhutom.comShijiazhuang railway institute 中铁中铁22局局 盾构培训班盾构培训班Friday, September 13, 2024Friday, September 13, 2024目 录1.盾构机及其液压系统介绍2.液压系统的分类和作用3.液压系统的组成4.齿轮泵5.轴向柱塞泵6.盾构机液压系统的维护保养一、盾构机及其液压系统介绍1. 概 述目前国内使用的盾构主要是引进欧洲系列和日本系列的盾构，也有一部分是我国生产的盾构，它们的设计目的和功能一样。差别较大的地方是在刀盘的驱动系统上，海瑞克盾构是液压系统驱动刀盘，所以液压系统复杂些，而小松盾构和三菱盾构用变频电机驱动刀盘，液压系统仅用于刀盘推进、管片拼装机、螺旋输送机，同步注浆系统。（1）盾构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，因此它是当今盾构机重要的传动方式。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。盾构液压系统的作用(续）根据盾构机的动作重要性，液压系统的控制可以分三个层次：(1)第一层次第一层次。盾构机在掘进中经常执行基本动作，即推进以及与推进相关的支撑。(2)第二层次第二层次。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。液压系统的主要作用是实现机械机构的运动和控制，其他介质系统起辅助作用。液压系统按从头部到尾部的顺序看有：扩挖刀控制液压系统、刀盘驱动液压系统、推进液压系统、螺旋输送机液压系统、拼装机液压系统、液压辅助系统、过滤器系统。其中用于刀盘驱动、推进、螺旋输送和管片拼装的4个为主要液压系统。掘进机液压控制阀盾构辅助系统由于盾构设备复杂，因而从功用上讲辅助系统系统较多。包括：人闸系统、水冷却系统、齿轮油润滑系统、脂润滑系统、盾尾密封系统、同步注浆系统、压缩空气系统、隧道通风系统、排水系统、澎润土系统、泡沫系统。3.1 扩挖刀液压系统 （扩挖刀液压系统原理图如附图）扩挖刀数目一般是2个，沿直径方向互相对称布置在刀盘上。扩挖刀的作用是开挖大于盾体刀盘直径的断面，仅在隧道方向改变阶段才被使用，为盾构转弯拓出空间。扩挖刀刀头的伸出长度可以通过控制油缸来调整，最大行程5065 mm，伸出的长度扩大了隧道断面的直径。在常规操作期间，只有一个这样的刀具能工作，另一个备用。扩挖刀液力站用来给两个扩挖刀油缸提供动力。单元功率7.5 kW、速度1450 rpm、最大流量2.9 l/min、最大压力210 bar、过滤精度10 m。扩挖刀液压系统由变量泵和电磁比例阀、平衡阀、伸缩油缸组成。系统原理图比较简单。驱动泵的电机同时驱动风扇，用来冷却回油。3.2 回转接头和人闸刀盘在工作状态下，扩挖刀油缸相对于盾构主体是旋转的，扩挖刀油缸的通油管路相对于盾构主体是固定的。因此在盾构主体上和刀盘中间设计了回转接头。回转接头除了向扩挖刀的油缸供油外，还有为刀盘切削面输入水、气、泡沫和澎润土。回转接头安装在土舱密封挡板上，它包括：4条泡沫注射线路；2条为扩挖刀油缸供油线路；2条内部油脂润滑线路，用于自身润滑。人闸人闸(转换人闸)是工作人员和设备进出土舱的通道，通过常气压进入到高气压，返回来时正好相反。人闸的作用主要是更换磨损或损坏的刀具。人闸的组成：2个工作人员人闸位于盾体的上部(一个是主闸，一个是紧急闸)，1个操作控制面板位于人闸防护罩的外部。在整个人闸被使用期间，应由一个人闸监督员站在外面和人闸的前面来监视人闸的使用情况。人闸包括所有必需品、必需的补给设备和压缩空气、照明及通讯(1个电话、1个对讲机和声力电话)的控制。它们也能够安装氧基减压设备(外围的)。主闸室可容纳3个人，紧急闸室可容纳2个人。在3bar压力下土舱内最大空气流量400 Nm3/h。人闸系统的原理图如附所示。3 刀盘驱动液压系统欧系盾构刀盘驱动是采用液压马达系统。驱动泵为双联泵，整个系统采用闭式传动方式。驱动泵的辅泵除了为主泵补油外还作为主泵变量机构的控制油源。变量马达的控制油源由单独的控制泵提供。马达驱动的目的是为了从刀盘到盾体传递载荷、驱动刀头旋转、传递挖掘需要的扭矩。刀盘的旋转是由8个液压马达驱动一个和刀盘支撑环一体的齿圈来实现的。可变速马达的控制是由变量液压泵来实现的。单元功率315 kW、速度1480 rpm、可变流量0516 l/min、运行压力320 / 370 bar。刀盘驱动系统主要由2个315kW 泵站、8个液压马达、8个变速器、主轴承、补油系统及伺服系统等组成，系统原理图如附图所示。泵站驱动液压泵站由两台315kW电动机驱动两台力士乐A4VSG750HD1/22R双向变量泵合流供油。由一台37kW 电机驱动型号为SNS660ER的螺杆式定量泵对闭式回路进行补油。同时，由电机驱动的型号为A 10VO28DFLR/31R伺服变量泵提供先导油等。系统控制方式为闭路。液压泵的形式为HD控制方式：即液压泵根据先导压力的变化自动调整其斜盘角度以便适应不同的工况。液压马达本系统采用的是型号为A6VM500HA1型全自动控制无级变速高压马达。该马达按照工作压力的变化自动调整斜盘角度，从而实现无级变速。石家庄铁道学院Shijiazhuang railway institute 搅拌棒某刀盘主驱动主轴承刀盘驱动系统示意图 刀盘搅拌结构马达的正反转为了克服盾构机在掘进过程中的滚动现象(当主油泵斜盘角度不能根据外界阻力变化而改变时，刀盘即会出现滚动现象)，必须通过液压马达的正反转掘进来进行调整。通过改变主油泵的斜盘方向来实现。马达的制动与解除(1)马达制动 当需要进入马达制动工况时，控制油不能进入马达制动器，同时马达制动油缸有杆腔接回油箱，马达制动油缸的活塞在弹簧的作用下伸出，将马达制动。蓄能器的作用是在马达制动时压力油一路进入马达制动器有杆腔，一路经0.3 mm的节流口流回油箱，由于有节流口的作用，使得马达制动器油缸有杆腔的压力缓慢下降，马达缓慢制动。(2)解除制动当制动器控制阀通电，控制油经伺服泵、滤清器、调速阀、减压阀、二位二通电磁阀进入马达的制动器油缸有杆腔，油缸收回，制动解除。马达低速挡位调节如前所述，刀盘驱动马达为A6VM500HA1无级变速型。如根据地质情况需要刀盘一直在低速情况下运转，也可使用挡位控制阀来实现。其工作原理如下：当挡位控制阀12.2(图1中左侧一个)得电，二位二通电磁阀12.2处于左位，控制油经伺服泵、滤清器245、调速阀12.1、减压阀12.3、二位二通电磁阀12.2进入马达的斜盘控制液动阀的左端，将阀芯推至左位，马达进口或出口的压力油一路经单向阀、斜盘控制液动阀左位进入马达斜盘油缸的无杆腔；一路经单向阀进入马达斜盘油缸的有杆腔，马达斜盘实现差动，马达一直处于低速挡。刀盘掘进工况(1)正常掘进(二位三通电磁换向阀215处于下位) 当二位三通手动换向阀215处于下位时，主液压泵先导控制油到达溢流阀217当系统压力超过溢流阀调定压力时，上溢流阀打开，油泵控制先导油压力由溢流阀 (14bar)进行控制，泵的斜盘根据先导压力的变化自动调节。(2)刀盘脱困(二位三通电磁换向阀215处于上位) 当二位三通电磁换向阀215处于上位时，主油泵先导控制油与上同路到达溢流阀217。当刀盘脱困液压系统系统压力超过下溢流阀调定压力时，下溢流阀打开泵的斜盘根据先导压力的变化自动调节。驱动单元由一个润滑回路来润滑。密封部分采用集中润滑注脂方式。轴承用5排密封和土舱隔离开来。润滑系统向密封排的间隙注射润滑油来使它们不和渣土接触。减速齿轮用工业水回路来冷却，齿轮的润滑采用油浴强制润滑方式。密封能够在高温事故中使用紧急回路系统来冷却。在系统原理图中，第6号马达带有刹车器，同时配有行程开关，如果225号控制泵油压不足使刹车器处于闭锁状态，则变量泵的输出流量为零 3.4 推进系统盾构是依靠液压缸的推力向前推进的，其前进方向和姿态是靠液压缸的协调动作实现的。液压缸的精确控制是保证盾构沿着设计的路线方向准确地向前推进的前提。在实际应用中，由于地质土层的复杂性和施工过程中诸多不可预见因素的作用，使盾构推进控制变得非常复杂。盾构推进还与地层扰动和地面沉降等有关，与推进工况参数诸如土体应力、含水量、孔隙水压力、弹性模量、泊松比、强度和承载力等岩土力学参数相关。推进控制不当会引发地面沉降，造成周围建筑物开裂甚至倒塌及邻近管线断裂破损一等环境灾害。推进系统盾构在地下工作，掘进过程中会受到土层的各种阻力，为确保盾构能够正常掘进，首先必须由推进系统克服推进过程中所遇的各种阻力。盾构推进动力传递和控制系统具有大功率、变负载、空间狭窄、环境恶劣等特点，一般都采用液压系统，由推进液压缸、液压泵、液压阀件及液压管路等组成。推进液压缸安装在密封仓隔板后部，沿盾体周向均匀分布，是推进系统的执行机构，由设在盾构后部的液压泵提供高压油，通过各类液压阀的控制实现各种功能。在掘进施工中，盾构需要按照指定的路线轨迹做轴向前进，因此刀盘或刀架的精确进刀与对刀是非常重要的，而被切削的地质比较复杂，整个盾构盾体受到地层的阻力往往不均，使盾构的掘进方向发生偏离，这时就需要通过协调精确控制推进液压缸来实现盾构的纠偏，达到盾构沿设计路线轨迹推进的目的。另外，盾构进行曲线推进时，有时要前倾、有时要后仰、有时要左右摆动或向其复合方向上的掘进，这也需要通过协调，精确控制液压缸来实现。由于一般的推进系统液压缸数量比较多，每个液压缸都进行单独控制，成本高，控制较为复杂，为此，可采用分组控制，即将为数众多的推进液压缸按圆周均匀分成几组，分别对每组推进液压缸进行控制。这样既可以节约成本、减少控制复杂程度，又可以达到盾构姿态的调整、纠偏、精确控制的目的。海瑞克的某盾构机推进缸的分布和分组如图3.5所示。液压缸的数目为32个，分为4组。不选择时，也以可低压同步来测量油缸速度和行程，并显示在操作盘上。盾构机主推力系统的作用是保证向前运动。推力油缸也用来使管片保持在适当的位置上。盾构机推力是由10对分布在4个环带周围的油缸来保证的。油缸推力通过10个衬垫传递给后盾体内周装有32根(行程2100mm)推进油缸。在活塞杆后端，装有靴撑，以防止因集中负荷造成的管片变形、破损。5号、17号、22号油缸兼做计测油缸，既便管片，一对油缸共享一个衬垫。油缸安装有行程传感器，传感器即时测量盾构机前进的进程，信息在控制室被显示出来。油缸由两个被放置在后配套车上的单元泵提供动力。推力控制面板安装在位于后盾的一个柜子上。推力油缸有2种液压操作状态：“低压”或“建环”状态在管片布置期间使用。在这种状态下，衬垫的压力减小，有足够的压力保证管片安全的安装，在两环之间的密封被压紧。在“低压”状态下，盾构机不前进。“高压”或“掘进”状态在盾构机向前运动时使用。在这种状态下，衬垫处在“高压”下。高压在管片上产生推力。在挖掘模式下系统压力为 340 bar时，最大前进速度80 mm/min、最大推力36100 kN。每个油缸的最大推力1805 kN。调整压力4 组、管片安装模式下：伸长速度(4油缸)2m/min、收回速度(4油缸)3m/min推进油缸的柱塞端安装在压力仓壁上，在活塞杆端由一个橡胶轴承支撑。推进油缸的撑靴作用于由5+1块管片砌成的管片环上。推进油缸可以单独控制或者分成4组由流量和压力控制来推进和转向。在掘进模式下，推力油缸总共合并成4组，每个组配备一个行程测量系统，以便在受控制的方式下驱动掘进设备进入土中。借助于安装的操作元件，操作员可以控制每个油缸组的压力和所有油缸的流量。为了建造一个管片环，首先停止掘进，然后必须通过按钮“ring building(建环)”把操作状态改为建环，以便把控制输送到移动式面板。当激活该模式时，所有的成对油缸可以独立运动。在建环模式下，进行管片安装所需数目的油缸对相应地回缩。其余的油缸对一方面避免由于土压而使盾构作后退运动，另一方面，它们也保护已经安装的管片。 推力分配机器前进的方向由加载在管片环上的推力分布决定的。为了使机器保持一个笔直的轨迹，推力必须远离中心，接近盾构机的底部。推力远离中心的范围依赖于机器的几何结构。在机器前部的土壤的反作用方式土压。土地边缘的摩擦系数。一旦达到了这种平衡，稍微的改变推力点是必要的，使机器按着要求的方向前进。泵的压力必须比各部分的要稍高一些。每部分都可以靠在控制室控制的减压阀来独立设置。在前环设置的基础上为每4个环带选择一个压力。这个压力设置决定这部分油缸的最大压力。如果与显示的总推力值相比土壤的反作用力太大的话，泵的输出都进到罐里，机器不向前运动。如果与显示的总推力值相比土壤的反作用力不是太大的话，油缸内的有效压力将和土壤的反作用力在设定值下面的某个值上维持平衡。不同环带的压力分配和显示的压力不同时，不允许在正确的方向上驱动机器。理想状态是达到平衡，所以每部分的有效压力和显示值是相同的。挖掘几厘米后，调整全套液压缸的压力分配，是机器前进的方向和导向系统指示的方向保持一致。如果盾构机相对理论轨迹偏下了，增大下部油缸的压力并减小上部油缸与之等值压力。如果盾构机偏左，则增大左侧油缸的压力并减小右侧油缸与之等值压力 推力油缸伸展，前进速度由平均伸展来计算，4个油缸的速度和运动传感器相适应，5号油缸，10号油缸，15号油缸和20号油缸。如果4个油缸中的一个或几个没被选择，在显示单元上速度值将自动纠正。在主监视屏上平均伸展以mm为单位，速度以mm/min为单位。在第二个主监视屏上伸展和速度被细化。选择推力值必须提供需平衡的防水壁(在高的土压传感器上读数)上的压力。应用到刀盘外表面的压力差。头部的机械支撑。土壤给盾体的摩擦力。操作者能够通过调整机器的前进速度或挖掘速度中的任意一个来改变推力值。盾构推进系统的设计需要满足以下功能要求：为盾构前进提供足够的动力；控制盾构的前进速度，与出渣速度相配合，实现土压平衡状态；能够控制盾构的姿态，实现盾构的纠偏及转向要求；适应管片的尺寸及操作要求；从整体角度考虑，满足盾构的总体功能设计、综合施工作业要求。盾构的推进系统的设计主要包括确定盾构的推力；推进油缸的规格参数、外形尺寸和数量的计算；推进油缸的布置方式；推进油缸的控制。对于如盾构的推力等主要技术参数的确定要基于具体的工程地质条件和隧道管片的设计。具体计算内容见2.1.12节。 3.5 螺旋输送机土压平衡式(简称EPB式)盾构机特别适用于低渗水性的粘土、亚粘土或淤泥质的混合土质。为了防止地表的隆陷，隧道开挖面由刀盘挖出的渣土来支撑。为了使其成为支撑介质，挖出的渣土应具有以下特性:高的可塑性、具有流动性，密度低、低的内摩擦、低的渗水性。一般来说，如果开挖出来的泥土不经处理不具有以上的特性的话，我们可以采用如下方案解决:一、在支撑上体中加入一些添加剂，如膨润土和泡沫；二、如果对土体特性不满意，那么可以预先定好土体改良措施，然后交付现场执行。土土压压平平衡衡盾盾构构是是在在机机械械式式盾盾构构的的前前部部设设置置隔隔板板，在在刀刀盘盘的的旋旋转转作作用用下下，刀刀具具切切削削开开挖挖面面的的泥泥土土，破破碎碎的的泥泥土土通通过过刀刀盘盘开开口口进进入入土土仓仓，使使土土仓仓和和排排土土用用的的螺螺旋旋输输送送机机内内充充满满切切削削下下来来的的泥泥土土，依依靠靠盾盾构构千千斤斤顶顶的的推推力力通通过过隔隔板板给给土土仓仓内内的的土土碴碴加加压压，使使土土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。螺旋从土舱拾取废料，它由可变速的液压马达驱动，为了使土舱内的土压保持恒定，螺旋的可变速度与螺旋输送机卸料门的开度相配合控制废料的输出速度。液压马达的旋转是由位于后配套车上的泵站来驱动的。螺旋输送机的作用是从土舱取出废料并把废料倾倒在位于连接桥上的皮带输送机上。螺旋输送机主要由螺杆、筒体、驱动部及排土口构成，筒体由盾构本体土舱隔壁下部及螺旋机拉杆支撑。本体土舱隔壁下部的取土口、筒体后部的排土口处，配备有由液压油缸调节开度的闸门，另外配备有螺旋机抽出油缸，可进行螺旋机向后抽出的操作。盾构在土压平衡工作状态下，刀盘开挖下来的土渣充满土舱，在推进油缸的推力作用下，通过土舱隔板进行加压，产生土压，土压作用于整个开挖面，抵抗开挖面的土压和水压，使开挖面保持稳定。因此，土压仓内的土压的控制是保证开挖面稳定的关键因素。土舱内土压是通过安装在土舱隔板上分布在不同位置的土压传感器进行测量的，通过对土舱内土压的测量从而获取开挖面稳定控制所需的信息。土舱内土压的控制可通过控制开挖量、排渣量、推力和推进速度来实现，在保持开挖量、排渣量一定的情况下，通过控制推进油缸的推力和推进速度来调节土舱内的土压，推进速度加快，则土舱内的土压上升，反之则下降，从而使土压仓内的土压与开挖面的土压和水压相平衡，保证开挖面的稳定。在推进油缸上安装速度传感器，连续地调整推进油缸的推进速度，土舱内的土压可随改变盾构千斤顶的推进速度而增减土舱内废料输出系统要使土舱内维持一个限制压力值，从严格意义上来讲，盾构内的泥土从隧道开挖面开始到土舱、再到螺旋输送机出口，这也是一个流体介质传动控制过程。切削下来的土壤在底部被螺旋输送机运走。在挖掘开始时螺旋输送机不工作。土舱被由土、地下水或者外加的水和泡沫混合物充满，这个混合物被刀头搅动。当开始挖掘时，混合物的压力升高，当达到期望的土压值时，启动螺旋输送机，调整旋转速度，以使螺旋输送机混合物(土+泡沫+水)输出的流量和进入土舱里的流量平衡。在输送机的入口和出口之间，土对管道和螺旋输送机螺旋轴上的摩擦保持不同的压力。当这个压力达到运行值时，在土舱内压力值必须保持常数，操作员必须排出聚集在土舱顶部的压缩空气。在挖掘模式下，螺旋的旋转速度依照土壤传感器压力读值来调整。如果另一个操作变量被修改，如推力或注入体积，螺旋的速度必须和压力值保持常数相适应。在泥土的输送过程需要保持土压和开挖面的压力相平衡。这种用泥土压力来平衡保持开挖面土压的方式就称为土压平衡。隧洞开挖面与盾构之间的保护板即在盾构前体上装有承压隔板，将土舱与后构体内的常压空间隔，隔板的设计能力是能够承受3bar的工作压力。在刀盘和盾体之间的空间叫做“土舱”。它的功能是接受和保证被挖掘下来的废料充分混合。当土舱受到限制压力的影响时，它被一块密封的防水挡板与盾体隔开，通过人闸与盾体连通。这个防水挡板上安装有4个土压传感器被对称的布置在垂轴的两侧。确保必需品，如水、泡沫、压缩空气、电等，能够通过的压力密封管道。给土舱加压的空气管道。在螺旋输送机出土过程中，通过关闭卸渣口可以迅速有效地阻止水进入隧道。螺旋输送机卸渣口的门在断电时可以自动关闭。土体从旋转刀盘上的刀具切削下来，通过刀盘开口挤入土舱，与土舱内已有的可塑土混合。推进油缸的压力通过舱壁传给土舱内土体，从而保证开挖面的稳定，避免开挖面的土涌入土舱。当土舱内的土体不能再被土压力和水压力压紧时，就达到了土压平衡，这时开挖面的土压约等于上舱中土体的压力。当土舱中土体的压力增加至超过平衡时的土压时，土舱中土体就会压紧开挖后的土体，这会导致后构前方的地面隆起。当土舱中的土体压力小于平衡土压时，通常会引起地面下沉。土体的压力主要受下列因素综合影响: 盾构的掘进速度，开挖土量，土体改性添加剂，螺旋输送机的旋转速度，螺旋输送机卸料门的开启度。安装在土舱中不同水平位置上的土压传感器，可以将土舱中的土压力和支撑压力传给控制室并显示出来，开挖面的压力在掘进时就会得控制，在盾构机经过的地方上面既不会沉降也不会隆起。螺旋输送机参数特性：理论流量270 m3/h、螺旋内径700 mm、螺旋杆径178 mm、节距数量16、间距560 mm可变速度0 to 25 rpm、速度控制通过感应传感器与控制器连接。最大土压3 bar、装有1个土压传感器。最大扭矩(实际效率)78.8 kNm 上到14 rpm、变速箱速比5.25、螺旋输送机重量(带支撑)13.5 t。驱动马达：最大速度25 rpm、最大马达扭矩16.8 kNm、液压动力单元：功率160 kW、速度1480 rpm、可变流量0 to 370 l/min、运行压力270 bar。螺旋回缩液压缸：数量2、活塞直径125 mm、杆径80 mm、行程1070 mm、回缩总的最大力613 kN、伸展总的最大力362 kN、运行压力250 bar、这些油缸由位于后配套车上的泵站来驱动。在螺旋罩和盾体之间由尾部密封油脂泵提供的润滑油脂来密封。油脂由安装在后配套车上的变流量气动泵来运送。螺旋输送杆：在螺旋的表面安装有耐磨部件。耐磨部件很容易通过移动门来进行更换。螺旋输送机安全门是为了在维护螺旋罩或发生大量水流入的情况下，把土舱和盾构机的其余部分隔开。位于土舱较低的部位，它的打开和关闭由2 个液压缸来完成，液压缸由位于后配套车中门架车2上的泵站来驱动。这个门由2个闸板组成，螺旋一收回，闸板就关闭螺旋输送机安全门。在每个闸板上的装有开/关传感器，将信号送到PLC控制器。螺旋输送机卸料门的作用是将废料被从螺旋输送机上卸下来，通过一个有比例动作的门，它调节土压并隔离土舱，位于罩壳的末端，它用2个液压缸打开和关闭，液压缸由位于后配套车上的液压泵来驱动。当发生电气故障时，液压蓄能器提供紧急关闭。在监督屏上，可监视螺旋机的工作参数。螺旋门能够把螺旋罩和大气压力隔离，或者能够调节螺旋罩内部的压力(如果材料是液态化的)。门的移动由液压缸来实现(行程700 mm)，推动力来源于PU或在紧急情况下(电气故障)来源于1个液压蓄能器。液压泵启动使蓄能器被充满。当蓄能器压力达到240 bar 以上时，才允许门的移动和螺旋旋转的启动。在门移动期间，测量压力，当压力低于200 bar时，有警报显示。当压力低于165 bar时，有故障显示。螺旋输送机的液压系统原理图如图3.6所示。液压系统分为泵马达回路、后料门控制回路、前料门控制回路、伸缩门控制回路，分别由两个液压油源供油；另一油源从盾构辅助系统引入，其在图中未标出。泵马达回路：采用变量泵变量马达容积调速闭式系统，其中液压油源自带补油泵，以补充回路中的泄漏和对闭式回路进行冷却。用比例阀控制变量泵的排量。在未达到设定压力时，液压马达处于最小排量处，达到设定压力后，马达排量不变(保持为最大排量)，此时可作为定量马达考虑，故此时只能靠调节泵的排量来改变马达转速。液压马达上装有转速传感器，可以对螺旋输送机转速进行精确测控；液压马达的泄漏油管装有温度传感器，监控油温情况。马达上有背压阀和液控方向阀，可进行液压马达的冲洗和冷却。另外，还可实现对螺旋输送机的转向和转速及螺旋输送机螺杆伸缩的远程控制。后料门控制回路：油液经减压阀、三位四通电磁换向阀的左位、液压锁进入液压缸无杆腔，打开后料门；若切换到换向阀右位可关闭后料门。前料门控制回路和伸缩控制回路基本相似。由溢流阀设定回路最高压力，工作过程同后料门控制回路。3.6 管片安装机盾构在挖掘一节管片距离后，管片安装机允许安装管片。管片环构成：5个管片加1个键型管片。管片内表面直径(环的内径)5400 mm、环状管片宽度1500 mm、最大管片重量60 kN。管片安装机液压系统的原理图如图3.7所示。管片安装机的作用是拾起、搬运和安置管片使之形成环状。管片由管片运输平台和管片台车从后配套车运到安装机处。管片安装机由2个主要部件组成：旋转/提升部件(2个自由度)，管片夹紧平台部件(4个自由度)。这两个部件由回转轴(转子)支撑。这个回转轴被装配在通过轴承中心的管片安装机的固定框架(定子)上。这个转子通过液压变速箱来驱动旋转，小齿轮和齿圈固定在管片安装机定子上(旋转通过行程探测器限定在220以内)。当管片安装时，旋转部件提供压紧管片密封要求的等量转矩。用一个由两个导向柱控制方向的支架把夹紧平台安装在转子上，在2个液压油缸的推动下移动。一个平移油缸推动夹紧平台，通过固定在转子上的两个水平导向轨在轴向移动。夹紧系统和平台是一个整体。管片在环中的位置是提前定义好的，它的最终位置是靠3个旋转自由度来保证的。管片的旋转是用1个或2个液压马达来完成的。 倾卸台有三个支撑点(旋转和倾斜)，由三个位于夹紧平台两边和平台旋转中心的平衡液压油缸来实现支撑。这三个油缸形成了一个三角形并能够独立操作，一个油缸的伸缩会导致管片相对其它两个油缸支撑点的倾斜。旋转的速度是可变的。提升有两个速度。其它的运动还有加速和减速倾斜。所有的运动都由一个位于后配套车上的泵站来驱动。液压缸杆的伸缩由多通道的电磁阀来实现。管片安装机的运动都用一个无线电控制系统或一个位于连接桥上的固定面板来控制。管片安装机控制面板被安装在位于后盾的一个柜子上。 管片安装模式管片安装自动模式（用无线电遥控）。管片安装手动模式（用就地控制面板控制）通用模式是自动。只有在无线电遥控不工作了或管片安装不合适的情况下才使用手动模式。管片机的机械抓卡由100mm行程的油缸来实现。管片安装机的旋转由液压马达实现，其动力来源于45kW的液压泵。这个动作是从0 rpm到 2 rpm成比例的。预设2个不同的最大旋转压力。管片安装机能从220转到+220。旋转由绝对编码器来控制。在无线电控制盒上移动右侧的操纵杆在“左(为CW 旋转)”或“右(为CCW 旋转)”方向。旋转的速度和操纵杆的行程成比例的。在监督屏上，驾驶员能检查管片安装机的实际位置。管片安装机平台的提升由2个油缸来实现。控制程序在无线电控制盒上或在固定的就地面板上移动右侧操纵杆进“上(出动作)或下(进动作)”方向。移动的速度设置到操纵杆的2个位置(中和大)。日系的管片机构造由回转环、升降机架、拼装机头、导向轮及防倾侧辊等构成。结构图如图2.26所示。主机的回转由液压马达驱动；升降、滑动、止偏、挟持由液压油缸驱动。操作通过无线操作或有线的吊式操作箱的按钮开关进行。管片安装机平台的平衡由3个液压缸来实现，其动力来源于45 kW液压泵。其中的一个叫做后平衡液压缸(中后平衡)和其它的2个叫前平衡液压缸(右和左)。管片安装机平台能够通过三个点构成一个平面的方法设置管片在空中的位置。这三个点能够单独调整。平衡油缸用来旋转管片，环绕着轴线运动，其轴线是和盾构机的轴线平行和管片安装机的半径垂直的。管片拼装循环：在掘进过程中要安装的管片由管片运输机车运送过来，放置在管片输送小车上。随着盾构机的向前掘进，在已装好的前一环管片的外表面与周围土体(刀盘开挖直径)之问形成间隙；因此该间隙要注入砂浆进行填充。换句话说，如果周围的泥上充填了这间隙，地面就会导致沉陷。在完成掘进循环后，一部分推迸油缸回缩，为第一块要拼装的管片留出足够的空间。其余推进油缸和先前拼装好的管片仍保持接触，以防止盾构机由于土压力而后退。管片安装器抓起管片并将其放在应放的位置，在此位置它可以和前一管片用螺栓连接起来。在管片安装器夹头放开管片之前，一定要保证已回缩的推进油缸再次顶紧管片，以防止管片意外移动。其余管片的安装方法与此相同，直至完成整个管片环。同一环的各管片之间的密封是通过挤压可压缩式密封来获得。当管片安装机安装管片时产生挤压。每个环之间的密封是通过挤压可压缩式密封来完成的，当盾构机前进时，通过推力油缸使密封被挤压。每个环之间的密封是通过挤压可压缩式密封来完成的，当盾构机前进时，通过推力油缸使密封被挤压。隧洞参数，及混凝土管片的设计4轨道延伸每延伸6 m铺一次轨道。若机器向前行进6 m，拖车1就有6 m的可用空间铺设新的6 m轨道，保护机构必须移动。3.7 铰接盾构机可适应的坡度为最大3%，水平转弯半径最小250m，垂直转弯半径1000m。为方便盾构转弯，整个盾体做成前后盾结构，之间用铰接油缸连接。铰接由铰接油缸、行程传感器、2排密封、密封片等组成。这个设备通过液压旋转装置把后盾铰接到前盾，盾构机通过它可以实现隧道的转弯。允许后盾相对前盾做铰接运动。铰接也包括密封和油脂注射。铰接油缸数量8、油缸行程170 mm、活塞直径230 mm、杆径75 mm、最大推力10400 kN、每个油缸推力1300 kN、运行压力350 bar、流量50 l/min、后盾回收速度170 mm/min、最大角1.5、由液压泵驱动功率75 kW、速度1475 rpm。4个行进传感器提供后盾相对于前盾的位置。这个信息被显示在控制室内。系统原理图如图3.8所示，该图为主动铰接。被动铰接形式的系统原理图和推进系统的原理图在一起。铰接系统有3个操作模式：1. 自由模式：这是铰接最通用的模式。后盾只是作为一个旋转轴承铰接在前盾后部，随前盾移动。通过在油缸腔室之间传递油来保持后盾的平均位置。系统像机械膝盖一样起作用，油缸腔室内的压力由后盾的拖拽产生。2. 放松模式：这种模式允许打开铰接，通过前盾向前运动来实现。铰接油缸被动的伸展；由于推力油缸的动作，前盾向前移动，后盾仍停留在原位。3. 盾体回缩模式：这种模式能够在放松模式之后使用，是为了关闭铰接或为了更换刀具(利用前部压力)而回缩前盾。各种模式的选择在主控制面板上：位置选择器“主推力”必须是在“挖掘”模式并且挖掘已运转。让自我复位选择器保持在1位置(铰接放松)。在相应的监督画面上检查行程传感器的进展，在监视屏上可以显示铰接的问题和故障，并可直接查看位置。3.12 同步注浆回路砂浆在工地地面拌和，用带有搅拌器的砂浆车(由用户提供)运到盾构机的后配套，一台转驳泵安装在砂浆车上，将砂浆从车I转驳到后配套的砂浆罐内。砂浆是用缓凝材料来拌和，以防注射前凝固。砂浆泵吸取砂浆井通过流晕仪和压力传感器将其泵入盾尾外壳圆周间隙中。压力传感器与PLC一起连接，以调节砂浆泵的速度，维持环形空间的压力在预定范围。砂浆通过2个双动作砂浆泵(砂浆泵的每个活塞注射砂浆进一条管线)从这个罐分配到4个注射管线。每条线安装了一个砂浆压力传感器，传感器来计算背部注浆的体积。 砂浆泵由一个独立的液压单元提供动力源。该泵是数个被控油缸的组合。沙浆泵的组成原理图如图3.16所示。参数特性：1. 双活塞泵，泵数量2。2. 油缸容量12.7 l (180 500)。3. 理论流量210 m3/h，实际流量27.5 m3/h。4. 注射点数量(一般情况和紧急情况)4 + 4。5. 泵压(一般/最大)30 / 60 bar。6. 注射压力5 bar砂浆控制面板被安放在位于门架车2尾部的一个柜内。同步注浆系统的工作原理图如图3.18所示。 小松注浆系统回路图如图3.18所示，与海瑞克的回路稍有不同，从设置在门架车1号(左)上的浆材箱处,通过一台泵可注入注浆材。该装置由搅拌箱、泵、压力计、流量计、注入配管、气动球阀等构成。从注入泵吐出的注材是通过一条管路注入挖盾尾的，容易凝固，需要及时冲洗该系统。3.17 辅助液压系统液压系统除了驱动、推进等为盾构主体服务主液压工作系统，还有为后配套设备服务的辅助液压系统。辅助液压系统回路的原理图见图3.26。5号油缸为皮带输送机的张紧轮油缸。4号油缸所在回路为真圆器的液压系统回路，该真圆器是为了使安装好的整环管片的形状更圆，当管片安装精度不是很高时，此设备的使用意义很大。此设备的应用需要和管片安装机配合使用。在日系盾构中无真圆器。在门架车1上，有管片运输小车。管片的起重和搬运到小车上的过程是，同步举重架(4个131号同步油缸组成)把管片垂直举起来，水平128号油缸将管片拉到小车上方放下。2个135号油缸是为门架车配合盾构转弯设置的。3.19 流体传动系统动力源盾构的流体传动系统动力源一般都在后配套门架车上，由盾体拖动。后配套车由6个门架车组成，用来携带设备。向盾构提供必需品(产品和配套的电气，液压和气压能源)。放置如下设备：铁轨、通风管、电气和通讯电缆。流体传动系统有关的设备在门架车的位置。1. 门架车1上装有：1个管片吊运车、1个带有搅拌器的砂浆罐、2个砂浆泵、1个扩挖刀液压泵站2. 门架车2上装有：2个315KW液压泵站3. 门架车3上装有：6000L容量的液压油箱、1个泡沫罐、1个泡沫单元4. 门架车5上装有：1个工业空气单元包括空气压缩机、空气罐和必须的过滤器、1个输送机驱动系统、1个废料储料器5. 门架车6上装有： 1个空气压缩机、1个工业水罐、1个热交换器、1个通风筒盒、2个工业水泵、2个工业水软管后配套的专用设备：1. 皮带输送机 设在螺旋输送机后方与门架车4中央部，将螺旋机排出的土砂运到在门架车4下部等待的运土车斗上。皮带输送机是把废料从盾体内的螺旋输送机运送到尾端门架车5上的储料器，随后再倾卸到服务车上。皮带的旋转由电动齿轮马达驱动。旋转速度是固定的并且旋转仅仅是一个方向的(反向是为了维护)皮带张紧是由2个液压缸来保证。为了使废料均匀的散步在服务车上，储料器装有一个气动单闸板。2. 管片吊运车管片吊运车的作用是从服务车到管片输送平台传递环片(管片和键型管片)。单导向铁轨是附在门架车1结构上的，是为了使吊运车平移。管片吊运车能够用无线电遥控或下垂的控制盒来控制。有两种运行模式：常规和维护。位于连接桥下面的管片输送机平台的用途是把管片从门架车1运送到管片安装机。这个设备是由一个输送机支撑结构(连接到连接桥)和一个移动平台组成。平台在结构上的平移是由一个行程1800 mm的液压缸来实现的。当移动平台被平移油缸推动时管片以每步1800 mm 的行程一步步向前，管片滑动并被可伸缩的棘爪推动。平移油缸被一个位于后配套车上的泵站驱动。平台能够由两块控制面板(其中一块位于平台的前部另一块位于平台的后部)中的任何一块来操控。输送机控制面板被固定在位于门架车1前部的一个控制箱内，(另一个)输送机控制面板被固定在位于同一个门架车后部的一个控制箱内。3.油桶提升系统装备有链条起重机的2个手动小车是为了把油脂桶从连接桥2 的中心提升到泵的高度。手动油桶起重机能力22.5 kN，提升高度3 m。盾构流体传动系统比较复杂，在回路中采用了大量的电磁、电液比例控制方向和流量压力阀，行程开关以及各种参数传感器。各个系统有些是同时或协同工作，有些系统是互锁的，要使全部系统协调的工作，需要合理的电器控制系统。2.液压泵的分类和选用（1）液压泵概述）液压泵概述液压泵是液压系统的动力元件，将原液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为压力能输出，动机输入的机械能转换为压力能输出，为执行元件提供压力油。为执行元件提供压力油。液压泵的性能好坏直接影响到液压系液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性。统的工作性能和可靠性。液压泵的基本工作原理液压泵的基本工作原理液压泵的主要性能参数液压泵的主要性能参数液压泵的分类和选用液压泵的分类和选用液压泵的图形符号液压泵的图形符号（2）液压泵基本工作原理）液压泵基本工作原理以单柱塞泵为例以单柱塞泵为例组成：偏心轮、柱塞、组成：偏心轮、柱塞、弹簧、缸体、两个单向弹簧、缸体、两个单向阀。柱塞与缸体孔之间阀。柱塞与缸体孔之间形成密闭容积。柱塞直形成密闭容积。柱塞直径为径为d，偏心轮偏心距偏心轮偏心距为为e。偏心轮旋转一转，柱塞偏心轮旋转一转，柱塞上下往复运动一次，向上下往复运动一次，向下运动吸油，向上运动下运动吸油，向上运动排油。排油。 泵每转一转排出的油液泵每转一转排出的油液体积称为排量，排量只体积称为排量，排量只与泵的结构参数有关。与泵的结构参数有关。 V=Sd 2/4=ed 2/2（3）液压泵正常工作的三个必备条件）液压泵正常工作的三个必备条件必须具有一个由运动件和非运动件所必须具有一个由运动件和非运动件所构成的密闭容积；构成的密闭容积；密闭容积的大小随运动件的运动作周密闭容积的大小随运动件的运动作周期性的变化，容积由小变大期性的变化，容积由小变大吸油，吸油，由大变小由大变小压油；压油；密闭容积增大到极限时，先要与吸油密闭容积增大到极限时，先要与吸油腔隔开，然后才转为排油；密闭容积腔隔开，然后才转为排油；密闭容积减小到极限时，先要与排油腔隔开，减小到极限时，先要与排油腔隔开，然后才转为吸油。单柱塞泵是通过两然后才转为吸油。单柱塞泵是通过两个单向阀来实现这一要求的。个单向阀来实现这一要求的。（4）液压泵的主要性能参数）液压泵的主要性能参数液压泵的压力液压泵的压力工作压力工作压力 p ：泵工作时的出口压力，大泵工作时的出口压力，大小取决于负载。小取决于负载。额定压力额定压力 ps ：正常工作条件下按实验标正常工作条件下按实验标准连续运转的最高压力。准连续运转的最高压力。吸入压力：泵的进口处的压力。吸入压力：泵的进口处的压力。液压泵的排量、流量和容积效率液压泵的排量、流量和容积效率排量排量V：液压泵每转一转理论上应排除的液压泵每转一转理论上应排除的油液体积，又称为理论排量或几何排量。油液体积，又称为理论排量或几何排量。常用单位常用单位为为cm3/r。排量的大小仅与泵排量的大小仅与泵的几何尺寸有关。的几何尺寸有关。液压泵的主要性能参数（续）液压泵的主要性能参数（续）平均理论流量平均理论流量 q t：泵在单位时间内理论上排泵在单位时间内理论上排出的油液体积，出的油液体积，q t= n v ，单位为单位为 m3/s 或或 L/min 。实际流量实际流量 q ：泵在单位时间内实际排出的油泵在单位时间内实际排出的油液体积。在泵的出口压力液体积。在泵的出口压力 0 时，因存在泄漏时，因存在泄漏流量流量q，因此因此q = q t- q 。瞬时理论流量瞬时理论流量 qsh ：任一瞬时理论输出的流量，任一瞬时理论输出的流量，一般泵的瞬时理论流量是脉动的，即一般泵的瞬时理论流量是脉动的，即qshq t。额定流量额定流量 q s ：泵在额定压力，额定转速下允泵在额定压力，额定转速下允许连续运转的流量。许连续运转的流量。容积效率容积效率v：v= q /q t =（q t - q）/ q t =1-q /qt=1-kp /nV 式式中中 k 为泄漏系数。为泄漏系数。液压泵的主要性能参数（续）液压泵的主要性能参数（续）泵的功率和效率泵的功率和效率输入功率输入功率 P r： 驱动泵轴的机械功率为泵的输驱动泵轴的机械功率为泵的输入功率，入功率，P r= T输出功率输出功率 P：泵输出液压功率，泵输出液压功率， P = p q总效率总效率p ：p = P / P r= p q / T=vm式中式中m为机械效率。为机械效率。泵的转速泵的转速：额定转速额定转速 n s：额定压力下能连续长时间正常额定压力下能连续长时间正常运转的最高转速。运转的最高转速。最高转速最高转速 n max：额定压力下允许短时间运行额定压力下允许短时间运行的最高转速。的最高转速。最低转速最低转速n min：正常运转允许的最低转速。正常运转允许的最低转速。转速范围：最低转速和最高转速之间的转速。转速范围：最低转速和最高转速之间的转速。（1）液压泵的分类和选用）液压泵的分类和选用按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵，按运动部件的形状和运动方式分为齿轮泵，叶片泵，柱塞泵，螺杆泵。叶片泵，柱塞泵，螺杆泵。齿轮泵又分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵齿轮泵又分外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵叶片泵又分双作用叶片泵，单作用叶片泵和凸叶片泵又分双作用叶片泵，单作用叶片泵和凸轮转子泵轮转子泵柱塞泵又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵柱塞泵又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵按排量能否变量分定量泵和变量泵。按排量能否变量分定量泵和变量泵。单作用叶片泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵可以单作用叶片泵，径向柱塞泵和轴向柱塞泵可以作变量泵作变量泵选用原则：选用原则：是否要求变量是否要求变量 要求变量选用变量泵。要求变量选用变量泵。工作压力工作压力 柱塞泵的额定压力最高。柱塞泵的额定压力最高。 工作环境工作环境 齿轮泵的抗污能力最好。齿轮泵的抗污能力最好。噪声指标噪声指标 双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵。双作用叶片泵和螺杆泵属低噪声泵。效率效率 轴向柱塞泵的总效率最高。轴向柱塞泵的总效率最高。（2）液压泵的图形符号）液压泵的图形符号（3）液压泵的类别）液压泵的类别（4）选择液压泵的原则）选择液压泵的原则是否要求变量是否要求变量 径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作用叶片泵是变量泵。用叶片泵是变量泵。工作压力工作压力 柱塞泵压力柱塞泵压力31.5MPa；叶片泵压力叶片泵压力6.3MPa，高压化以后可达高压化以后可达16MPa；齿轮泵压力齿轮泵压力2.5MPa，高压化以后可达高压化以后可达21MPa。工作环境工作环境 齿轮泵的抗污染能力最好。齿轮泵的抗污染能力最好。噪声指标噪声指标 低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流片泵和螺杆泵，双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流量均匀。量均匀。效率效率 轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，排量大的泵总效率高；同一排量的泵在额定工况排量大的泵总效率高；同一排量的泵在额定工况下总效率最高。下总效率最高。3.齿轮泵（1）齿轮泵的工作原理）齿轮泵的工作原理 齿轮泵是利用齿轮啮合原理工齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，根据啮合形式不同分为外啮作的，根据啮合形式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。因螺杆合齿轮泵和内啮合齿轮泵。因螺杆的螺旋面可视为齿轮曲线作螺旋运的螺旋面可视为齿轮曲线作螺旋运动所形成的表面，螺杆的啮合相当动所形成的表面，螺杆的啮合相当于无数个无限薄的齿轮曲线的啮合，于无数个无限薄的齿轮曲线的啮合，因此将螺杆泵放在齿轮泵一起介绍。因此将螺杆泵放在齿轮泵一起介绍。（2）外啮合齿轮泵）外啮合齿轮泵结构组成结构组成一对几何参数完全一对几何参数完全相同的齿轮，齿宽相同的齿轮，齿宽为为B，齿数为齿数为z泵体泵体前后盖板前后盖板长短轴长短轴工作原理工作原理 （动画）（动画） 两啮合的轮齿将泵体、两啮合的轮齿将泵体、前后盖板和齿轮包围前后盖板和齿轮包围的密闭容积分成两部的密闭容积分成两部分，轮齿进入啮合的分，轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，一侧密闭容积减小，经压油口排油，退出经压油口排油，退出啮合的一侧密闭容积啮合的一侧密闭容积增大，经吸油口吸油。增大，经吸油口吸油。齿轮泵的工作原理（续）齿轮泵的工作原理（续）（3）外啮合齿轮泵的排量公式）外啮合齿轮泵的排量公式 V = 2z m 2 B z 齿数，齿数，m 齿轮模数，齿轮模数，B 齿宽齿宽齿轮节圆直径一定时，为增大泵的排量，应增齿轮节圆直径一定时，为增大泵的排量，应增大模数，减小齿数。大模数，减小齿数。齿轮泵的齿轮多为修正齿轮。齿轮泵的齿轮多为修正齿轮。 齿轮泵的瞬时理论流量是脉齿轮泵的瞬时理论流量是脉动的，这是齿轮泵产生噪声的动的，这是齿轮泵产生噪声的主要根源。为减少脉动，可同主要根源。为减少脉动，可同轴安装两套齿轮，每套齿轮之轴安装两套齿轮，每套齿轮之间错开半个齿距，组成共压油间错开半个齿距，组成共压油口和吸油口的两个分离的齿轮口和吸油口的两个分离的齿轮泵。泵。（4）外啮合齿轮泵的结构特点）外啮合齿轮泵的结构特点泄漏与间隙补偿措施泄漏与间隙补偿措施齿轮泵存在端面泄漏、齿轮泵存在端面泄漏、径向泄漏和轮齿啮合处径向泄漏和轮齿啮合处泄漏。泄漏。端面泄漏占端面泄漏占8085。端面间隙补偿采用静压端面间隙补偿采用静压平衡措施：在齿轮和盖平衡措施：在齿轮和盖板之间增加一个补偿零板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套或浮动件，如浮动轴套或浮动侧板，在浮动零件的背侧板，在浮动零件的背面引入压力油，让作用面引入压力油，让作用在背面的液压力稍大于在背面的液压力稍大于正面的液压力，其差值正面的液压力，其差值由一层很薄的油膜承受。由一层很薄的油膜承受。外啮合齿轮泵的三个问题外啮合齿轮泵的三个问题径向力不平衡困油现象泄漏（端面泄漏，齿顶泄漏，啮合泄漏）（5）液压径向力及平衡措施）液压径向力及平衡措施齿谷内的油液由吸油区的齿谷内的油液由吸油区的低压逐步增压到压油区的低压逐步增压到压油区的高压。作用在齿轮轴上液高压。作用在齿轮轴上液压径向力和轮齿啮合力的压径向力和轮齿啮合力的合力合力 F = K p B De K为为系数，对主动齿轮系数，对主动齿轮K=0.75；对从动齿轮对从动齿轮K=0.85。 液压径向力的平衡措施之一：通过在液压径向力的平衡措施之一：通过在盖板上开设平衡槽，使它们分别与低、高盖板上开设平衡槽，使它们分别与低、高压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的压腔相通，产生一个与液压径向力平衡的作用。作用。 平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏平衡径向力的措施都是以增加径向泄漏为代价。为代价。齿齿轮轮泵泵的的径径向向力力（6） 困油现象与卸荷措施困油现象与卸荷措施困油现象产生的原因困油现象产生的原因 齿轮重迭系数齿轮重迭系数1，在在两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与两对轮齿同时啮合时，它们之间将形成一个与吸、压油腔均不相通的闭死容积，此闭死容积吸、压油腔均不相通的闭死容积，此闭死容积随齿轮转动其大小发生变化，先由大变小，后随齿轮转动其大小发生变化，先由大变小，后由小变大。由小变大。困油现象描述困油现象描述困油现象的危害困油现象的危害 闭死容积由大变小时油液受挤闭死容积由大变小时油液受挤压，压， 导致压力冲击和油液发热，闭死容积由小变导致压力冲击和油液发热，闭死容积由小变大时，会引起汽蚀和噪声。大时，会引起汽蚀和噪声。卸荷措施卸荷措施 在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽开设卸荷槽的原则开设卸荷槽的原则 两槽间距两槽间距a为最小闭死容积，为最小闭死容积，而使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容而使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油腔相通。积由小变大时与吸油腔相通。困油现象困油现象（7）内啮合齿轮泵）内啮合齿轮泵工作原理工作原理 一对相互一对相互啮合的小齿轮和内齿啮合的小齿轮和内齿轮与侧板所围成的密轮与侧板所围成的密闭容积被齿啮合线分闭容积被齿啮合线分割成两部分，当传动割成两部分，当传动轴带动小齿轮旋转时，轴带动小齿轮旋转时，轮齿脱开啮合的一侧轮齿脱开啮合的一侧密闭容积增大，为吸密闭容积增大，为吸油腔；轮齿进入啮合油腔；轮齿进入啮合的一侧密闭容积减小，的一侧密闭容积减小，为压油腔。为压油腔。特点特点无困油现象无困油现象流量脉动小，噪声低流量脉动小，噪声低 采取间隙补偿措施后，泵采取间隙补偿措施后，泵的额定压力可达的额定压力可达30 MPa。4.轴向柱塞泵（1）柱塞泵概述）柱塞泵概述 柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于须大于等于3。径向柱塞泵径向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵阀配流径向柱塞泵阀配流径向柱塞泵轴向柱塞泵轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵斜轴式无铰轴向柱塞泵斜轴式无铰轴向柱塞泵配流配流轴轴式径式径向向柱塞柱塞泵泵配流轴式径向柱塞泵工作原配流轴式径向柱塞泵工作原理理工作原理工作原理缸体缸体 均布有七个柱均布有七个柱塞孔，柱塞底部空间塞孔，柱塞底部空间为密闭工作腔。为密闭工作腔。柱塞柱塞 其头部滑履与其头部滑履与定子内圆接触。定子内圆接触。定子定子 与缸体存在偏与缸体存在偏心。心。配流轴配流轴传动轴传动轴n 排量公式排量公式 V =（d 2 / 2 ）e zn e 定子与缸体之间的偏心距定子与缸体之间的偏心距n Z 柱塞数柱塞数（2）缸缸体体柱柱塞塞滑滑履履组组配配流流盘盘（3）斜盘式轴向柱塞泵工作原理）斜盘式轴向柱塞泵工作原理工作原理工作原理缸体缸体 均布均布Z 个柱个柱塞孔，分布塞孔，分布圆直径为圆直径为D柱塞滑履组柱塞滑履组 柱塞直径为柱塞直径为d斜盘斜盘 相对传动轴相对传动轴倾角为倾角为配流盘配流盘传动轴传动轴排量公式排量公式 V =（d 2 / 4 ）D z tg 改变斜盘倾角可以改变泵的排量改变斜盘倾角可以改变泵的排量（4）斜盘式轴向柱塞泵的结构特点）斜盘式轴向柱塞泵的结构特点三对磨擦副：柱塞与缸体三对磨擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配流盘，滑履孔，缸体与配流盘，滑履与斜盘。容积效率较高，与斜盘。容积效率较高，额定压力可达额定压力可达31.5MPa。泵体上有泄漏油口。泵体上有泄漏油口。传动轴是悬臂梁，缸体外传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。有大轴承支承。为减小瞬时理论流量的脉为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为奇数：动性，取柱塞数为奇数：5，7，9。 为防止密闭容积在吸、压油转为防止密闭容积在吸、压油转换时因压力突变引起的压力冲击，换时因压力突变引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。振槽或减振孔。 （5）斜轴式无铰轴向柱塞泵）斜轴式无铰轴向柱塞泵工作原理与斜盘式轴工作原理与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传动轴不缸体轴线与传动轴不在一条直线上，它们在一条直线上，它们之间存在一个摆角之间存在一个摆角，柱塞与传动轴之间柱塞与传动轴之间通过连杆连接。传动通过连杆连接。传动轴旋转通过连杆拨动轴旋转通过连杆拨动缸体旋转，强制带动缸体旋转，强制带动柱塞在缸体孔内作往柱塞在缸体孔内作往复运动。复运动。特点：柱塞受力状态特点：柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可较斜盘式好，不仅可增大摆角来增大流量，增大摆角来增大流量，且耐冲击、寿命长。且耐冲击、寿命长。斜轴式轴向柱塞马达（泵）斜轴式轴向柱塞马达（泵）伺服阀伺服阀电液比例阀电液比例阀伺服阀伺服阀伺服阀是一种根据输入信号及输出信号反馈伺服阀是一种根据输入信号及输出信号反馈量连续成比例地控制流量和压力的液压控制量连续成比例地控制流量和压力的液压控制阀。根据输入信号的方式不同，又分电液伺阀。根据输入信号的方式不同，又分电液伺服阀和机液伺服阀。服阀和机液伺服阀。电液伺服阀将小功率的电信号转换为大功率电液伺服阀将小功率的电信号转换为大功率的液压能输出，实现执行元件的位移、速度、的液压能输出，实现执行元件的位移、速度、加速度及力的控制。加速度及力的控制。机液伺服阀的输入信号是机动或手控的位移。机液伺服阀的输入信号是机动或手控的位移。伺服阀控制精度高，响应速度快，特别是电伺服阀控制精度高，响应速度快，特别是电液伺服系统容易实现计算机控制，在航空航液伺服系统容易实现计算机控制，在航空航天、军事装备中得到广泛应用。但加工工艺天、军事装备中得到广泛应用。但加工工艺复杂，成本高，对油液污染敏感，维护保养复杂，成本高，对油液污染敏感，维护保养难，民用工业应用较少。难，民用工业应用较少。 电液伺服阀的组成和工作原理电液伺服阀的组成和工作原理电液伺服阀的组成和工作原理电液伺服阀的组成和工作原理 （见（见（见（见动画动画动画动画） 电液伺服阀由电气机械电液伺服阀由电气机械转换装置、液压放大器和转换装置、液压放大器和反馈（平衡）机构三部分反馈（平衡）机构三部分组成。组成。电气电气机械转换装置将输机械转换装置将输入的电信号转换为转角或入的电信号转换为转角或直线位移输出，常称为力直线位移输出，常称为力矩马达或力马达。图中上矩马达或力马达。图中上部分为力矩马达。部分为力矩马达。 液压放大器接受小功率的液压放大器接受小功率的转角或位移信号，对大功转角或位移信号，对大功率的液压油进行调节和分率的液压油进行调节和分配，实现控制功率的转换配，实现控制功率的转换和放大。图中有喷嘴挡板和放大。图中有喷嘴挡板（前置级）和主滑阀两级。（前置级）和主滑阀两级。反馈平衡机构使阀输出的反馈平衡机构使阀输出的流量或压力与输入信号成流量或压力与输入信号成比例。图中反馈弹簧杆比例。图中反馈弹簧杆11为反馈机构。为反馈机构。 机机机机液液液液伺服阀伺服阀伺服阀伺服阀 轴向柱塞泵的手动伺服变量机构主要轴向柱塞泵的手动伺服变量机构主要零件有伺服阀阀芯零件有伺服阀阀芯1、伺服阀阀套、伺服阀阀套2、变、变量活塞量活塞5等。伺服阀芯与控制杆挂在一等。伺服阀芯与控制杆挂在一起，伺服阀套与变量活塞刚性连成一体。起，伺服阀套与变量活塞刚性连成一体。伺服阀油口伺服阀油口a 通过油道通过油道b 与变量活塞下与变量活塞下腔相通；油口腔相通；油口e 通过油道通过油道f 与变量活塞与变量活塞上腔相通。变量活塞下腔通有泵的压力上腔相通。变量活塞下腔通有泵的压力油，上腔为密闭容腔，上下腔面积比为油，上腔为密闭容腔，上下腔面积比为2：1。 给控制杆输入一个位移信号，因为伺给控制杆输入一个位移信号，因为伺服阀的控制作用，变量活塞将跟随产生服阀的控制作用，变量活塞将跟随产生一个同方向的位移，泵的斜盘摆动为某一个同方向的位移，泵的斜盘摆动为某一角度，泵输出一定的排量，排量的大一角度，泵输出一定的排量，排量的大小与控制杆的位移信号成比例。小与控制杆的位移信号成比例。电液电液比例阀比例阀电液比例阀是一种性能介于普通控制电液比例阀是一种性能介于普通控制阀和电液伺服阀之间的新阀种。它既阀和电液伺服阀之间的新阀种。它既可以根据输入电信号的大小连续成比可以根据输入电信号的大小连续成比例地对油液的压力、流量、方向实现例地对油液的压力、流量、方向实现远距离控制、计算机控制，又在制造远距离控制、计算机控制，又在制造成本、抗污染等方面优于电液伺服阀。成本、抗污染等方面优于电液伺服阀。电液比例阀根据用途分为：电液比例电液比例阀根据用途分为：电液比例压力阀，电液比例流量阀，电液比例压力阀，电液比例流量阀，电液比例方向阀。方向阀。 电液比例压力阀电液比例压力阀 图示为电液比例压力先导阀，它与普通溢流阀、减压图示为电液比例压力先导阀，它与普通溢流阀、减压阀、顺序阀的主阀组合可构成电液比例溢流阀、电液比阀、顺序阀的主阀组合可构成电液比例溢流阀、电液比例减压阀和电液比例顺序阀。改变输入电磁铁电流的大例减压阀和电液比例顺序阀。改变输入电磁铁电流的大小，即可改变电磁吸力，从而改变先导阀前腔压力，对小，即可改变电磁吸力，从而改变先导阀前腔压力，对主阀的进口或出口压力实现控制。主阀的进口或出口压力实现控制。 与普通压力先导阀不与普通压力先导阀不同：同： 1、与作用在阀芯上的液、与作用在阀芯上的液压力进行比较的是电磁压力进行比较的是电磁吸力，不是弹簧力。吸力，不是弹簧力。 2、此处弹簧为传力弹簧，、此处弹簧为传力弹簧，无压缩量。无压缩量。 电液比例流量阀电液比例流量阀 图示为位移图示为位移弹簧力反馈型电液比例二弹簧力反馈型电液比例二通节流阀。主阀芯通节流阀。主阀芯5为插装阀结构。当比为插装阀结构。当比例电磁铁输入一定电流时，产生的电磁吸例电磁铁输入一定电流时，产生的电磁吸力推动先导阀芯力推动先导阀芯2下移，先导阀阀口开启，下移，先导阀阀口开启，主阀进口压力油经主阀进口压力油经R1和和R2、先导阀阀口先导阀阀口流至主阀出口。因阻尼流至主阀出口。因阻尼R1作用，使主阀芯作用，使主阀芯上下腔产生压力差，致使主阀芯克服弹簧上下腔产生压力差，致使主阀芯克服弹簧力上移，主阀口开启。主阀芯向上位移使力上移，主阀口开启。主阀芯向上位移使反馈弹簧反馈弹簧3受压缩，但反馈弹簧力与先导受压缩，但反馈弹簧力与先导阀芯上端电磁吸力相等时，先导阀芯和主阀芯上端电磁吸力相等时，先导阀芯和主阀芯受力平衡，主阀阀口大小与输入电流阀芯受力平衡，主阀阀口大小与输入电流大小成比例。改变输入电流大小，即可改大小成比例。改变输入电流大小，即可改变阀口大小，在系统中起节流调速作用。变阀口大小，在系统中起节流调速作用。 特点特点 输入电流为零时，阀口是关闭的；主阀的位移量不受比例输入电流为零时，阀口是关闭的；主阀的位移量不受比例电磁铁行程的限制，阀口开度可以设计得较大，即阀的通流能力较电磁铁行程的限制，阀口开度可以设计得较大，即阀的通流能力较大。大。 电液比例换向阀电液比例换向阀电液比例换向阀由前置级（电液电液比例换向阀由前置级（电液比例双向减压阀）和放大级（液比例双向减压阀）和放大级（液动比例双向节流阀）两部分组成。动比例双向节流阀）两部分组成。前置级由比例电磁铁控制双向减前置级由比例电磁铁控制双向减压阀阀芯位移。当比例电磁铁输压阀阀芯位移。当比例电磁铁输入电流时，减压阀芯移动，减压入电流时，减压阀芯移动，减压开口一定，经阀口减压后得到稳开口一定，经阀口减压后得到稳定的控制压力。定的控制压力。放大级由阀体、主阀芯、左右端放大级由阀体、主阀芯、左右端盖、阻尼螺钉和弹簧等零件组成。盖、阻尼螺钉和弹簧等零件组成。控制压力油经阻尼孔作用在主阀控制压力油经阻尼孔作用在主阀芯的端面时，液压力将克服弹簧芯的端面时，液压力将克服弹簧力使阀芯移动，开启阀口，沟通力使阀芯移动，开启阀口，沟通油道。主阀开口大小取决于输入油道。主阀开口大小取决于输入电流的大小。电流的大小。改变比例电磁铁的输入电流，不改变比例电磁铁的输入电流，不仅可以改变阀的工作液流方向，仅可以改变阀的工作液流方向，而且可以控制阀口大小实现流量而且可以控制阀口大小实现流量调节，即具有换向、节流复合功调节，即具有换向、节流复合功能。能。5.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盾构机的安全，必须采取合理的布置及液控、液电控联锁来确保安全。（2）液压件的寿命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。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 ENDTHE ENDTHANK YOU !THANK YOU ! 谢谢大家！石家庄铁道大学 朱齐平Mobile:13703113730 E-mail:qipingzhutom.com