【文章內(nèi)容簡介】 。六個自由度的運(yùn)動分別由電液比例控制模塊通過液壓馬達(dá)和液壓缸來實(shí)現(xiàn)。據(jù)現(xiàn)場實(shí)際使用過程中得出的施工數(shù)據(jù)表明，當(dāng)盾構(gòu)所遇到的土質(zhì)與盾構(gòu)刀具設(shè)計工況相近時，盾構(gòu)能基本按照設(shè)計速度推進(jìn)。在這種情況下，限制盾構(gòu)推進(jìn)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(jī)在盾構(gòu)法施工中是最關(guān)鍵的設(shè)備之一，尤其以管片拼裝機(jī)液壓控制系統(tǒng)最為重要。167。 盾構(gòu)管片拼裝機(jī)液壓系統(tǒng)分析先進(jìn)盾構(gòu)管片拼裝機(jī)的運(yùn)動過程共由7個動作組成。包括縱向移動，沿掘進(jìn)方向的直線運(yùn)動；徑向移動，沿盾體徑向的運(yùn)動；周向回轉(zhuǎn)，沿盾體圓周方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動；管片頭的回轉(zhuǎn)，管片以盾體的任意徑向射線為回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動；管片的抓持。上述管片拼裝機(jī)的6個自由度運(yùn)動及一個抓持運(yùn)動均由液壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。管片拼裝機(jī)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(diǎn)如下：1） 對應(yīng)管片拼裝機(jī)的動作基本要求，由管片拼裝機(jī)的多環(huán)節(jié)運(yùn)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(yùn)動所需流量很小，約為3L/min左右。并且管片拼裝機(jī)6個自由度單獨(dú)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(dāng)功率超限時，則將呈現(xiàn)恒功率特性。下面從管片拼裝機(jī)控制要求入手，對各控制模塊液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計。167。管片機(jī)回轉(zhuǎn)運(yùn)動控制要求：1） 雙向大范圍回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)范圍；2） 回轉(zhuǎn)負(fù)載大，要求最大回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)定系統(tǒng)壓力。其中電液比例多路閥帶有進(jìn)口壓力補(bǔ)償器6，起負(fù)載敏感及壓力補(bǔ)償?shù)淖饔?，使多路閥進(jìn)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(fù)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(fù)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(jìn)入馬達(dá)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(dá)制動油缸13。具體參見液壓系統(tǒng)原理圖。馬達(dá)平衡控制模塊在管片拼裝機(jī)周向回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)中占有重要地位，此模塊的選擇設(shè)計也尤為重要。在本系統(tǒng)中，馬達(dá)平衡控制模塊采用Bucher公司的DBLV型馬達(dá)平衡控制專用模塊。該馬達(dá)平衡控制模塊能有效地降低由于管片質(zhì)量較大而引起的超越負(fù)載的影響。其性能完善、體積小、工作可靠，而且集馬達(dá)的平衡控制、防氣蝕控制、制動控制和安全保護(hù)控制等多項(xiàng)功能于一體，是較理想的馬達(dá)控制模塊。 馬達(dá)平衡控制模塊除了設(shè)置平衡模塊外，兩個馬達(dá)另外均帶機(jī)械制動。這樣管片拼裝機(jī)周向回轉(zhuǎn)運(yùn)動的安全保護(hù)措施就可以有馬達(dá)1機(jī)械制動、馬達(dá)2機(jī)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(jī)實(shí)際使用過程中，其中一個馬達(dá)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(yù)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(hù)，以防止系統(tǒng)掛拉卡死，損壞設(shè)備。再者，管片機(jī)周向回轉(zhuǎn)運(yùn)動控制采用安全冗余的設(shè)計原則，用兩個電液比例方向閥共同完成控制任務(wù)（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(jī)構(gòu)調(diào)整到安全的姿態(tài)，以便維修。在應(yīng)急的情況下，使用一個控制閥仍可完成管片拼裝任務(wù)，但工作效率會低一些。167。 管片拼裝機(jī)縱向移動液壓系統(tǒng)管片拼裝機(jī)縱向運(yùn)動的基本要求：1） 運(yùn)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(yùn)動慣量大，帶負(fù)載后的總運(yùn)動質(zhì)量大于10000Kg；4） 運(yùn)動空間大，全范圍運(yùn)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(dá)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(diǎn)： 縱向移動控制模塊1） 管片拼裝機(jī)的縱向運(yùn)動控制采用帶負(fù)載補(bǔ)償型的電液比例多路閥（選型及基本原理同馬達(dá)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(yùn)動均設(shè)計有安全保護(hù)閥，、19，其功能同馬達(dá)模塊中的安全閥9，用來防止運(yùn)動過程中出現(xiàn)掛拉卡死、損害設(shè)備等現(xiàn)象的出現(xiàn)；3） 雙向運(yùn)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(jī)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(jī)徑向移動液壓系統(tǒng)管片機(jī)徑向運(yùn)動的控制要求：1） 運(yùn)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(yùn)動慣量大，帶負(fù)載后的運(yùn)動質(zhì)量大于5000Kg；4） 運(yùn)動空間大；5） 存在較大的負(fù)向負(fù)載（負(fù)載為管片重量，大約50000N），而且由于負(fù)載較大，相應(yīng)的油缸承受的彎矩也較大（大約60000Nm），所以受結(jié)構(gòu)限制，油缸必須采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)上述要求，并結(jié)合具體工況，總結(jié)如下：1） 管片機(jī)的徑向運(yùn)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(shí)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(yùn)動均設(shè)計有安全保護(hù)閥，如圖中閥332所示。這一點(diǎn)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(shè)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(fù)向負(fù)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(zhuǎn)控制液壓系統(tǒng)管片頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制要求：1） 定位精度要求高；2） 存在負(fù)向負(fù)載，需滿足平衡要求；3） 防氣蝕的要求；4） 防止超載，損害設(shè)備。根據(jù)上述要求，可設(shè)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(zhuǎn)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(fù)向負(fù)載的平衡問題和防氣蝕問題；3） 系統(tǒng)中采用進(jìn)口壓力補(bǔ)償，負(fù)載壓力補(bǔ)償，可使通過多路閥的流量受控于控制信號而與負(fù)載無關(guān)。管片頭擺動控制要求與回轉(zhuǎn)運(yùn)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(diǎn)有：1） 在管片頭抓緊過程中，系統(tǒng)對安全性要求較高，因?yàn)橹荒茉诳煽孔ゾo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(guān)34提供；2） 抓持動作存在負(fù)向負(fù)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(shè)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(zhǔn)確定位。這個動作要求通過控制徑向移動液壓缸來實(shí)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(shí)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(jī)液壓系統(tǒng)主要技術(shù)要求167。1） 滿足管片拼裝機(jī)實(shí)現(xiàn)多管片的拼圓控制要求；2） 管片拼裝機(jī)采用遠(yuǎn)程手動控制；3） 滿足管片拼裝機(jī)六個自由度的控制要求：管片抓緊控制（抓緊、松開）、管片運(yùn)動控制（回轉(zhuǎn)運(yùn)動、軸向運(yùn)動、徑向運(yùn)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(zhuǎn)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(qū)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