石川島盾構(gòu)機拼裝機液壓系統(tǒng)組成及特點

倪鵬

(天業(yè)通聯(lián)(天津)有限公司,河北秦皇島 066000)

隨著現(xiàn)代交通運輸、地下工程、礦山開采、水利工程以及市政建設(shè)等的需要,盾構(gòu)技術(shù)已成為國內(nèi)工程界的研究熱點。1974年第一臺土壓平衡式盾構(gòu)在東京采用,該盾構(gòu)由日本制造商IHI(石川島播磨)設(shè)計,此文重點介紹石川島Φ6340土壓平衡盾構(gòu)機管片拼裝機液壓系統(tǒng)的組成及特點。

管片拼裝機是盾構(gòu)機的重要組成機構(gòu),掘進完成后,管片拼裝機負責將管片安裝到隧道表面,形成襯砌,以此來支護剛開挖的隧道表面。要完成管片的拼裝,管片必須能有六個方向的運動：縱向直線運動(沿隧道軸線)、徑向直線運動(隧道斷面方向)、圓周方向回轉(zhuǎn)運動(繞隧道軸線)、以及實現(xiàn)管片姿態(tài)調(diào)整的三個方向的運動(管片頭的擺動、傾斜、回轉(zhuǎn)),拼裝機液壓系統(tǒng)為管片運動提供支持。

1 主要結(jié)構(gòu)

拼裝機液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件由兩臺驅(qū)動馬達、兩根提升油缸、兩根滑動油缸、四根支撐油缸組成,支撐油缸用于固定管片并實現(xiàn)管片擺動、傾斜、回轉(zhuǎn)動作,滑動油缸實現(xiàn)管片沿隧道軸線運動,提升油缸實現(xiàn)管片沿隧道斷面運動,馬達實現(xiàn)管片繞隧道軸線回轉(zhuǎn)。

2 主要技術(shù)參數(shù)

如表1所示。

3 結(jié)構(gòu)特點

(1)拼裝機油缸液壓系統(tǒng)采用獨立液壓油箱結(jié)構(gòu),在滿足系統(tǒng)供給流量的基礎(chǔ)上,將油箱布置在拼裝機大臂導(dǎo)向裝置一側(cè),使油箱與拼裝機結(jié)合為一體,設(shè)計者采用密閉油箱設(shè)計理念,通過在油箱內(nèi)安裝兩個呼吸氣囊,作為油箱與大氣間的呼吸媒介,解決了油缸伸縮過程中,液壓油量的增減對于油箱結(jié)構(gòu)體沖擊的矛盾;傳統(tǒng)的拼裝機油缸液壓系統(tǒng)將動力單元布置在臺車上,通過液壓管路、液壓卷盤與油缸相連接,臺車與拼裝機間隔較遠,無形中增加了液壓管路的長度,提高了設(shè)計成本,本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,維護便捷,對于傳統(tǒng)拼裝機液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很有借鑒意。

(2)提升油缸與支撐油缸在控制管片運動過程中承受很大徑向力,遂在油缸控制系統(tǒng)內(nèi)增加液壓鎖裝置,防止掉缸現(xiàn)象的發(fā)生,提高設(shè)備使用過程中的安全性;油缸系統(tǒng)控制單元由一塊閥組構(gòu)成,布置在大臂導(dǎo)向裝置的另一側(cè),與油箱位置對稱,安裝便捷,降低使用空間,油缸液壓系統(tǒng)圖如圖1所示。

(3)拼裝機驅(qū)動系統(tǒng)執(zhí)行元件由兩臺液壓馬達構(gòu)成,相比于一臺馬達驅(qū)動,拼裝機大齒圈受力更均勻,拼裝機回轉(zhuǎn)更平穩(wěn);此系統(tǒng)具備高低速轉(zhuǎn)換功能,通過控制調(diào)速閥,實現(xiàn)拼裝機回轉(zhuǎn)二級調(diào)速;系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置平衡閥與安全閥,提高設(shè)備運行穩(wěn)定性與安全系數(shù);將支撐油缸停到盾體正下方位置設(shè)為零點,通過編碼器計數(shù),限定拼裝機左右旋均在210°范圍內(nèi)運動,防止拼裝機旋轉(zhuǎn)超量程,造成電氣管線損壞;驅(qū)動液壓系統(tǒng)圖2所示。

圖1 拼裝機油缸液壓系統(tǒng)

表1 拼裝機主要技術(shù)參數(shù)

4 拼裝機作業(yè)流程

圖2 拼裝機驅(qū)動液壓系統(tǒng)

管片由管片小車運送到盾尾,拼裝機旋轉(zhuǎn)到合適位置,連接裝置將拼裝機與管片連接,支撐油缸撐緊管片,提升油缸抓舉管片,再通過回轉(zhuǎn)機構(gòu),將管片運送到尾盾拼裝位置,通過平移油缸的軸向運動,提升油缸的徑向運動,支撐油缸的傾斜、擺動調(diào)整,完成管片拼接。其動作的實現(xiàn)源于電氣程序控制,遙控器傳輸指令,通過給定相對應(yīng)的液壓換向閥得失電信號,使執(zhí)行元件可以在要求內(nèi)完成動作指令。

5 結(jié)語

結(jié)合國內(nèi)盾構(gòu)、德系盾構(gòu)液壓系統(tǒng),石川島盾構(gòu)機的拼裝機液壓系統(tǒng)在現(xiàn)場使用方面技術(shù)相對成熟,結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、合理,實用性強,在滿足設(shè)備運行所需壓力、流量的同時,節(jié)約了制造成本,非常適合國內(nèi)盾構(gòu)設(shè)計從業(yè)者學(xué)習(xí)、改進升級。

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