螺旋輸送機后閘門緊急關閉系統的設計

陳良武，蒲曉波，馬 琳，許瑞鵬，王興龍

（中鐵工程裝備集團技術服務有限公司，河南 鄭州 450000）

螺旋輸送機是盾構重要的組成系統之一，主要將渣土從土倉輸送到皮帶機。螺旋輸送機設有兩道下出渣閘門，閘門開口的大小將影響出料的流動狀態，閘門的開度可根據掘進速度在主控室進行控制，合適的開口量可使出料的飛濺程度降到最小，通過調節排土量來實現土塞效應，形成良好的排土止水效果，可起到調節土倉壓力的作用[1]。當盾構突然斷電，后閘門必須能夠自行關閉，以免土壓降低造成開挖面塌陷影響盾構施工的安全及質量。

1 螺旋輸送機后閘門液壓系統原理圖

螺旋輸送機緊急關閉系統要求在隧道斷電后后閘門能夠自動或手動關閉、開啟。螺旋輸送機后閘門的關閉由液壓系統進行控制，本文設計了一種具備螺旋輸送機后閘門緊急關閉功能的液壓控制系統，選取皮囊式蓄能器作為應急能源使用。

如圖1所示，正常工作時由液壓泵站為系統提供穩定的壓力油源來控制閘門的關閉及開度，并對蓄能器進行壓力油源的填充，當系統斷電泵站不能提供壓力油源時，由蓄能器釋放液壓能使油缸運動，由手動換向閥來控制油缸的伸出或者回縮，從而控制螺機后閘門的關閉及開度控制。

2 正常情況下工作原理

圖1 螺旋機緊急關閉液壓系統原理圖

電磁換向閥6得電關閉、手動換向閥5左位工作、球閥10打開，壓力油經過減壓閥1到達電磁換向閥3、并同時通過單向閥7向蓄能器9填充壓力油。電磁閥3由主控室發出的電信號控制，當電磁閥3左位導通工作時，壓力油經平衡閥4、球閥10到達油缸11的無桿腔，油缸伸出使螺機的后閘門打開，調整油缸11的伸出行程即可調節后閘門的開度；當電磁閥3右位得電導通工作時，壓力油經平衡閥4、球閥10到達油缸11的有桿腔，油缸縮回使后閘門關閉。通過控制油缸11的行程來控制螺機后閘門的開度，以達到控制出料狀態及土倉壓力的目的，螺機后閘門的開度由油缸11內置的拉線位移傳感器12反饋給上位機，以便根據土倉壓力實時的調整螺機后閘門的開度。系統壓力由減壓閥1進行調節，以此調整油缸及后閘門的關閉或開啟力。

3 系統斷電時緊急情況下工作原理

常規情況下當盾構系統斷電液壓泵無法工作提供壓力油源時，電磁閥3保持中位不工作，單向閥7關閉，電磁換向閥6失電導通、手動換向閥5左位工作導通、球閥10打開，蓄能器9中儲存的壓力油經過電磁換向閥6、手動換向閥5到達油缸11的有桿腔，油缸縮回使后閘門關閉而保持盾構土倉壓力穩定；同時蓄能器9中儲存的壓力油經過電磁換向閥6，使雙向平衡閥4的右位打開，油缸11有桿腔中的油液通過平衡閥4右位、電磁換向閥3中位、單向閥2返回油箱。

特殊情況下當后閘門緊急關閉過程中，存在石塊等卡主閘門致使其無法進一步關閉時，需要將閘門打開進行掏出石塊等處理后再次進行關閉，此時工作原理為：蓄能器9中儲存的壓力油經過電磁換向閥6、手動換向閥5的右位工作到達油缸11的有桿腔，油缸伸出使后閘門開啟而進行石塊等的處理；蓄能器9中儲存的壓力油同時通過手動換向閥5的右位使雙向平衡閥4的左位打開，油缸11有桿腔中的油液通過平衡閥4右位、電磁換向閥3中位、單向閥2返回油箱。當后閘門需要再次關閉時，參照常規情況下盾構系統斷電時的工作原理。

4 緊急關閉系統計算

通過上述原理分析可以看出蓄能器容積的選擇至關重要。下面以廈門地鐵某項目用到的緊急關閉液壓系統進行蓄能器的選型計算。

盾構后閘門伸縮油缸的規格為80mm/50mm-850mm,共2根。

V無=A無×S行程=4.3L，油缸全部伸出所需油液。

V有=A有×S行程=2.6L，油缸全部縮回所需油液。

系統斷電后，利用蓄能器9中儲備的液壓能將閘門關閉，關閉過程中若遇石塊等卡住使閘門無法全部關閉時，將閘門打開清理卡滯物后再次關閉閘門；整個過程需要閘門控制油缸縮回2次、伸出1次，則其所需油液為

蓄能器有效釋放油液量

蓄能器所需的有效容積[2]

式中P0——蓄能器預充氣體壓力，P0=80bar；

P1——蓄能器排出液壓油最低有效壓力，P1=80bar；

P2——蓄能器排出液壓油最高有效壓力，P2=200bar；

V0——蓄能器有效氣體容積；

V1——蓄能器在P1時的有效氣體容積；

V2——蓄能器在P1時的有效氣體容積。

計算得出

考慮實際工作時泄漏等情況建議按照不小于1.5倍的安全系數進行蓄能器選取，結合常用蓄能器型號，建議蓄能器的有效容積應選取為50L比較適宜。