盾构刀盘主驱动闭式液压系统

　　0 引言

　　刀盘主驱动系统是盾构的重要组成部分,主要功能包括开挖功能、稳定功能和搅拌功能。由于掘进断面土质状况变化很大,掘进深度不同,所需的切削力矩及转速有较大的区别,导致刀盘驱动功率大且变化范围广,所以目前刀盘驱动方式主要采用液压驱动。

　　本文对土压平衡式盾构机的刀盘主驱动液压系统进行了设计,并对其安装调试进行了相关分析。

　　1 刀盘驱动液压系统设计

　　原刀盘驱动液压系统采用的是3台大排量泵控制8台马达的方式,这种控制方式一旦泵出现故障,盾构停工检修将带来很大的经济损失。因此,采用系统重组技术,用2台小排量泵组合代替其中1台大排量泵,将容错控制思想应用于液压器件和子系统以维持系统正常运行是很有必要的。另外,从成本与维护的角度看,选用小排量泵更适合中国国情。因此设计时刀盘主驱动系统由2台750 mLPr排量的双向变量泵(主泵)、2台250 mLPr排量的双向变量泵(辅助泵)、8台500 mLPr排量的变量马达组成闭式控制回路驱动刀盘转动,实现刀盘的转速控制、扭矩控制和方向控制。从而满足软、硬岩不同地质工况的负载要求。

　　系统中2台主泵和2台辅助泵并联供油,采用电液比例控制,只需改变控制电流的大小和方向,即可相应地控制泵的流量和流向,从而控制刀盘的转速和转向。系统内还设有补油P冲洗泵、循环冷却泵、换油阀组、安全阀组、过滤器和电子压力继电器等辅助设备,以确保系统安全和可靠地运行。

　　1.1 刀盘主驱动泵控制模块

　　2台750 mLPr排量的双向变量泵采用的是带有换油阀块的A4VSG750HD型变量泵,其局部控制模块如图1所示,它具有以下功能:

　　(1)系统过载保护功能 在换油阀内有2个安全阀,可防止系统超载。

　　(2)系统换油功能 由2个单向阀和1个三位液动换向阀组成闭式回路换油控制模块。

　　(3)变量控制功能 由远程比例溢流阀调节控制压力,主驱动泵变量机构的位置反馈由反馈弹簧转换为力反馈与控制压力相平衡,实现泵排量与控制压力的线性比例关系。

　　(4)方向控制功能 由三位四通电磁换向阀控制压力油的导入方向,切换主驱动泵变量机构的工作象限,实现泵吸油口和压油口的切换,进而实现刀盘的转向控制。

　　1.2 刀盘转速控制

　　刀盘的转速控制是由变量泵和变量马达组成的闭式容积调速回路完成的。

　　刀盘转速的大小主要由刀盘主驱动变量泵的排量qp、刀盘主驱动变量泵的数量zp、刀盘主驱动变量马达的排量qm、刀盘主驱动变量马达的数量zm、刀盘主驱动装置减速器与大齿圈的总减速比i以及刀盘主驱动电机的转速ndm决定。在正常情况下,zp、zm、i、ndm均为常数,故可调节的变量只有qp和qm。