日立盾構機推進液壓系統分析

李偉鵬

摘 要：盾構機在地鐵施工過程當中起著重要的作用，盾構機的液壓系統也相對復雜，推進液壓系統作為盾構機液壓系統的重要部分，在盾構機系統中起著關鍵作用。本文對日立造船公司設計的EPB6150土壓平衡盾構機的推進液壓系統的組成、控制方式和工作模式作了詳細的介紹。針對其推進液壓系統的特點，總結出其優點和不足。

關鍵詞：盾構機；推進；液壓系統

中圖分類號：U455.31 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0064-02

1 引言

近年來，隨著城市地鐵建設的全面開展，盾構施工法以其自動化程度高、節省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面沉降、減少對地面建筑物的影響等諸多優勢得到廣泛應用[1]。盾構機是依靠液壓馬達或變頻電機驅動刀盤旋轉，同時通過油缸作用于成型管片后實現盾構前進。推進系統作為盾構機的主要工作系統，在盾構機系統中起著十分重要的作用，本文著重介紹日立造船公司設計的EPB6150土壓平衡式盾構機推進液壓系統的組成、控制方式和工作模式。

盾構機在地下施工時，土層會給其各種阻力，推進系統就是為了克服這種阻力而設計的。推進系統具有大功率、變負載、空間狹窄、環境惡劣等特點，一般都采用液壓系統[2]。日立盾構機推進液壓系統的動力由一臺斜盤式變量柱塞泵提供，泵的排量可通過實際需要來調節斜盤角度；執行元件由22根油缸組成，分為四組，構成上下左右四個分區；控制部分由壓力控制部分，推進選擇控制，換向控制，安全閥等組成。

2 推進系統控制部分功能

2.1 壓力控制

壓力控制部分包括系統壓力控制閥組和4個單向減壓閥組成。壓力控制閥組設計在泵出口處，油缸不工作時，泵卸荷；油缸工作時根據模式不同，限制系統壓力。4個減壓閥出口處分別接壓力傳感器，傳感器可將出口油壓顯示到操控面板，操作手根據實際情況，通過調節減壓閥實現對油缸伸出壓力的控制。

2.2 推進選擇控制

推進液壓系統采用了分區控制，分為上下左右四個分區，各分區除控制油缸數量不同外控制方式基本相同，因此，本文只對其中一個分區進行研究。圖1即為單個分區的推進選擇閥組原理圖。

工作原理如下：進油時，經減壓閥出口進入P口，若電磁閥3不得電，電磁閥芯處于左位，液控閥2處于關閉狀態；若電磁閥得電時，電磁閥芯移動到右位，液控閥處于打開狀態，油液通過液控閥，打開液控單向閥1，由SJ口進入油缸大腔。回油時，油缸大腔油液通過SJ口進入，PP口進油打開液控單向閥，電磁閥和液控閥作用和進油時原理一致，可控制油液是否通過。由此可見，可通過控制電磁閥得電與否，來實現對相應油缸的伸縮控制。圖1中Z口接安全閥，PM口接換向閥組隨動控制出口，D口為泄油口。

2.3 其他部分功能

安全閥用于調節系統的過高意外壓力，保護系統不因為此而損壞。

換向控制由控制油缸伸縮的換向閥，給液壓鎖的供油的開關閥以及控制油缸隨動功能的換向閥集合而成。

3 工作模式介紹

3.1 掘進模式

盾構機掘進時，由溢流閥限定的系統最大工作壓力為33MPa，泵提供的壓力油進入換向控制閥組，換向閥切換到推進油缸伸位（掘進模式縮位無效），壓力油通過換向閥后分四路同時進入減壓閥，操作手可根據實際情況調節其壓力，減壓后的液壓油進入油缸推進選擇閥，推進選擇閥對應油缸的電磁閥得電，油液依次流過液控換向閥、液控單向閥進入油缸無桿腔，油缸有桿腔內液壓油經電磁換向閥回油至油箱，油缸伸出。

3.2 管片模式

管片模式有兩個動作，需拼裝管片的油缸縮回；管片拼裝到位后，對應油缸伸出頂住管片。油缸縮回時，系統最大油壓為21MPa；油缸伸出時，為了防止刀盤與掌子面抵緊使刀盤啟動力矩過大，系統限定的最大油壓為8MPa。油缸縮回時，換向閥切換到推進油缸縮位，同時控制液控單向閥打開的開關閥動作，控制油打開液控單向閥。此時，壓力油流經換向閥，進入油缸有桿腔，需縮回的油缸對應選擇閥得電，液控閥打開，油缸無桿腔液壓油通過推進選擇閥、單向減壓閥的單向閥進入換向閥回油箱，油缸縮回。管片模式油缸伸出動作原理與掘進模式基本一致。

4 結語

日立盾構機液壓系統設計上充分利用成熟技術，與海瑞克的推進液壓系統相比[3]，控制油缸伸縮的方式上有著明顯的不同，通過插裝閥的使用，使系統更為簡單高效，閥塊體積較小，利于布置，同時也降低了成本；減少電磁換向閥在系統中的使用，提高了系統的安全性和穩定性，提高了液壓系統的可靠性，減少了系統的故障率。但稍顯不足的是，由于盾構機完成一個標段之后，會重新拆裝機進入下一個標段，本系統實際連接過程中使用了較多液壓軟管，不利于安裝調試工作的進行，對日后的維護工作也會造成一定困難。

參考文獻

[1]朱偉，陳仁俊.盾構隧道施工技術現狀及展望（第1講）——盾構隧道基本原理及在我國的使用情況[J].巖土工程界，2001，（11）.

[2]陳啟松.液壓傳動與控制手冊[M].上海科學技術出版社，2006.

[3]莊欠偉，龔國芳，楊華勇.盾構機推進系統分析[J].液壓與氣動，2004，（4）.