【文章內(nèi)容簡介】 。六個自由度的運動分別由電液比例控制模塊通過液壓馬達和液壓缸來實現(xiàn)。據(jù)現(xiàn)場實際使用過程中得出的施工數(shù)據(jù)表明，當盾構所遇到的土質與盾構刀具設計工況相近時，盾構能基本按照設計速度推進。在這種情況下，限制盾構推進速度的主要因素是后部的管片拼裝速度。因此，高效、高可靠性且操作方便的管片拼裝機在盾構法施工中是最關鍵的設備之一，尤其以管片拼裝機液壓控制系統(tǒng)最為重要。167。 盾構管片拼裝機液壓系統(tǒng)分析先進盾構管片拼裝機的運動過程共由7個動作組成。包括縱向移動，沿掘進方向的直線運動；徑向移動，沿盾體徑向的運動；周向回轉，沿盾體圓周方向的回轉運動；管片頭的回轉，管片以盾體的任意徑向射線為回轉軸的回轉運動；管片頭的擺動，管片母線與盾體中心線平行度的調(diào)整；管片頭的傾斜，以管片本身的中心母線為回轉軸的回轉運動；管片的抓持。上述管片拼裝機的6個自由度運動及一個抓持運動均由液壓控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。管片拼裝機液壓系統(tǒng)原理圖如附錄1所示。該液壓系統(tǒng)的主要特點如下：1） 對應管片拼裝機的動作基本要求，由管片拼裝機的多環(huán)節(jié)運動決定了系統(tǒng)將采用多執(zhí)行器；2） 系統(tǒng)所需流量不大，特別是管片姿態(tài)調(diào)整三個方向的運動所需流量很小，約為3L/min左右。并且管片拼裝機6個自由度單獨動作，減小了流量需求；3） 為了充分發(fā)揮功率的作用，系統(tǒng)中采用了恒壓限功率泵。正常工況下液壓泵保持恒壓特性，當功率超限時，則將呈現(xiàn)恒功率特性。下面從管片拼裝機控制要求入手，對各控制模塊液壓系統(tǒng)進行分析設計。167。管片機回轉運動控制要求：1） 雙向大范圍回轉，回轉范圍；2） 回轉負載大，要求最大回轉扭矩150000Nm；3） 定位精度高，需要滿足周向定位要求；4） 安全要求高，能夠可靠停留在周向任何位置。在管片周向回轉液壓系統(tǒng)中，液壓油先經(jīng)減壓閥4后提供給電液比例多路閥以控制油，并由安全閥3設定系統(tǒng)壓力。其中電液比例多路閥帶有進口壓力補償器6，起負載敏感及壓力補償?shù)淖饔茫苟嗦烽y進出口壓力差保持恒定，輸出流量只與比例電磁鐵電流成正比，不受負載變化的影響。并且可通過梭閥5引出最高壓力反饋到泵源，形成負載敏感泵，此種功能在此系統(tǒng)中未用。電液比例方向閥出口壓力油大部分進入馬達平衡控制模塊，而另一小部分則經(jīng)過梭閥自動選取A、B油口最高壓力，然后經(jīng)過三通減壓閥后去控制液壓馬達制動油缸13。具體參見液壓系統(tǒng)原理圖。馬達平衡控制模塊在管片拼裝機周向回轉液壓系統(tǒng)中占有重要地位，此模塊的選擇設計也尤為重要。在本系統(tǒng)中，馬達平衡控制模塊采用Bucher公司的DBLV型馬達平衡控制專用模塊。該馬達平衡控制模塊能有效地降低由于管片質量較大而引起的超越負載的影響。其性能完善、體積小、工作可靠，而且集馬達的平衡控制、防氣蝕控制、制動控制和安全保護控制等多項功能于一體，是較理想的馬達控制模塊。 馬達平衡控制模塊除了設置平衡模塊外，兩個馬達另外均帶機械制動。這樣管片拼裝機周向回轉運動的安全保護措施就可以有馬達1機械制動、馬達2機械制動、無泄漏保壓制動（平衡閥制動）等，安全性能得到提高。在管片拼裝機實際使用過程中，其中一個馬達上安裝有光電碼盤傳感器，用于周向定位，以便將管片精確安裝到預定位置。在系統(tǒng)中，還有兩個安全閥9，其可以提供雙向安全保護，以防止系統(tǒng)掛拉卡死，損壞設備。再者，管片機周向回轉運動控制采用安全冗余的設計原則，用兩個電液比例方向閥共同完成控制任務（并聯(lián)工作）。一旦某一個控制閥出故障，用另一個控制閥仍可將機構調(diào)整到安全的姿態(tài)，以便維修。在應急的情況下，使用一個控制閥仍可完成管片拼裝任務，但工作效率會低一些。167。 管片拼裝機縱向移動液壓系統(tǒng)管片拼裝機縱向運動的基本要求：1） 運動范圍大，最大行程2000mm；2） 位置精度要求高，滿足軸向定位的精度要求；3） 運動慣量大，帶負載后的總運動質量大于10000Kg；4） 運動空間大，全范圍運動時，將占據(jù)盾體全斷面。根據(jù)縱向移動的要求，縱向移動電液比例方向閥與兩個控制馬達的電液比例方向閥合在一起，組成一三聯(lián)多路閥。該系統(tǒng)有如下特點： 縱向移動控制模塊1） 管片拼裝機的縱向運動控制采用帶負載補償型的電液比例多路閥（選型及基本原理同馬達平衡控制模塊中的電液比例多路閥），既可以滿足大范圍快速的移動的要求，又可以兼顧軸向精確定位的要求；2） 雙向運動均設計有安全保護閥，、19，其功能同馬達模塊中的安全閥9，用來防止運動過程中出現(xiàn)掛拉卡死、損害設備等現(xiàn)象的出現(xiàn)；3） 雙向運動的平穩(wěn)性保證。系統(tǒng)采用回油背壓的方案，來解決管片拼裝機的啟動和停止過程中的沖擊問題，同時也為軸向的精確定位提供條件。167。 管片拼裝機徑向移動液壓系統(tǒng)管片機徑向運動的控制要求：1） 運動范圍大，徑向最大行程1000mm；2） 徑向定位精度要求高，滿足徑向定位的精度要求；3） 運動慣量大，帶負載后的運動質量大于5000Kg；4） 運動空間大；5） 存在較大的負向負載（負載為管片重量，大約50000N），而且由于負載較大，相應的油缸承受的彎矩也較大（大約60000Nm），所以受結構限制，油缸必須采用特殊的結構設計。根據(jù)上述要求，并結合具體工況，總結如下：1） 管片機的徑向運動采用兩個電液比例方向閥。兩個電液比例方向閥同時控制兩個油缸的伸縮動作，這樣既可以滿足大范圍快速移動的要求，又可以兼顧徑向精確定位的要求。另外，利用兩個油缸的差動控制（一伸一縮），實現(xiàn)管片的傾斜姿態(tài)控制（將在管片傾斜液壓系統(tǒng)中詳述）；2） 雙向運動均設計有安全保護閥，如圖中閥332所示。這一點與前述系統(tǒng)模塊中安全閥的功能相同；3） 液壓油缸兩腔設計有自鎖式它控平衡閥20，見總液壓原理圖所示。其具有雙向液壓鎖和平衡閥的組合功能，可以用來解決負向負載問題和鎖緊保持問題。 徑向移動電液比例多路閥塊167。 管片頭回轉控制液壓系統(tǒng)管片頭回轉系統(tǒng)控制要求：1） 定位精度要求高；2） 存在負向負載，需滿足平衡要求；3） 防氣蝕的要求；4） 防止超載，損害設備。根據(jù)上述要求，可設計滿足其要求的液壓系統(tǒng)。 管片抓持及管片姿態(tài)控制模塊1） 由于管片頭回轉的控制油缸的行程較小，根據(jù)計算控制所需的流量很小，所以選用小流量的電液比例多路閥作為控制元件，以此來滿足姿態(tài)調(diào)整的精度要求；2） 選用平衡閥來解決負向負載的平衡問題和防氣蝕問題；3） 系統(tǒng)中采用進口壓力補償，負載壓力補償，可使通過多路閥的流量受控于控制信號而與負載無關。管片頭擺動控制要求與回轉運動控制要求基本相同，選用了相同的液壓系統(tǒng)，故在這里不再贅述。167。，該系統(tǒng)的主要特點有：1） 在管片頭抓緊過程中，系統(tǒng)對安全性要求較高，因為只能在可靠抓緊后，方能啟動后續(xù)操作。抓持的狀態(tài)信息由抓緊系統(tǒng)中壓力繼電器25和行程開關34提供；2） 抓持動作存在負向負載，需考慮平衡問題，故在系統(tǒng)中選用了平衡閥26；3） 為了以防壓力過高，損壞管片和設備，加裝了安全閥36，；4） 系統(tǒng)中液控單向閥35用來防止泄露，保證管片在長時間內(nèi)被可靠抓持。 管片頭抓緊液壓控制模塊167。 管片傾斜液壓控制系統(tǒng)在管片拼裝過程中，有時候需要將管片傾斜以便調(diào)整好管片姿態(tài)，以便管片能準確定位。這個動作要求通過控制徑向移動液壓缸來實現(xiàn)，因此其與徑向移動共用一套液壓系統(tǒng)。但此時兩個徑向液壓缸移動位移不同，實現(xiàn)的是一伸一縮的差動控制。而且管片傾斜也屬于管片的姿態(tài)調(diào)整，屬微量調(diào)節(jié)，所需流量很小。第3章 液壓元件的計算與選擇167。 管片拼裝機液壓系統(tǒng)主要技術要求167。1） 滿足管片拼裝機實現(xiàn)多管片的拼圓控制要求；2） 管片拼裝機采用遠程手動控制；3） 滿足管片拼裝機六個自由度的控制要求：管片抓緊控制（抓緊、松開）、管片運動控制（回轉運動、軸向運動、徑向運動）和管片姿態(tài)控制（周向擺動、軸向擺動、斷面擺動）。167。1） 軸向最大行程 2000mm2） 徑向最大行程 1000mm3） 圓周回轉角度 4） 軸向擺動角度 5） 斷面擺動角度 6） 周向擺動角度 7） 最大驅動扭矩 150KNm8） 抓緊缸行程 50mm9） 軸向擺動控制缸行程 40mm10） 斷面擺動控制缸