隧道工程机械中盾构机的液压系统的节能技术分析

　　摘要：隧道工程机械中的盾构机师现代化隧道掘进装备，其中液压系统在盾构机的运行中又有着十分关键的作用。本文结合隧道工程机械的主要特点，着重分析盾构机的液压系统，对隧道工程机械中盾构机的液压系统的技能技术进行了较为详细的研讨。指出了各种技能及时在盾构机的液压系统中的使用范围和实际应用效果，并且根据盾构机的具体情况提出了几点行之有效的节能技术改革措施。

　　关键词：隧道工程机械;盾构机;液压系统;节能技术

　　中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

　　Abstract: The mechanical tunnel project of shield tunneling equipment modernization mechanic tunnel, including hydraulic system in the shield construction machine in the operation of and has a very key role. Based on the main characteristics of tunnel engineering machinery, this paper mainly analyzes the hydraulic system of shield construction machine, tunnel engineering machinery to shield machine to the hydraulic system of technical skills a detailed discussion. Points out the various skills in the shield construction machine in time of the hydraulic system of using range and the application effects, and according to the specific situation of the shield construction machine puts forward some effective energy saving technology reform measures.

　　Key Words: Tunnel engineering machinery; Shield construction machine; Hydraulic system; Energy saving technology

　　本文结合液压设备的特点，根据液压马达、液压泵、液压控制阀、液压辅件等液压系统的组成设备对液压系统的节能技术的开发与应用进行了详细的探讨。总结了4中兼顾工作效率与节能的液压系统节能技术，指出了各种节能技术的实际应用效果以及改进的方向，为隧道机械中的盾构机的发展有一定的积极作用。

　　一、盾构机的液压系统简析

　　在公路工程、隧道工程、地铁工程、架桥工程，盾构机的挖掘作用是必不可少的。在盾构机中，又属土压平衡式的应用最为广泛。主要原因在于它的排土处理简单，可靠性能高。因此，本文将土压平衡式盾构机的液压系统的节能技术作为研究的主要对象和实验的主要对象。一般来讲，隧道机械中的土压平衡式盾构机液压系统主要包括推进液压系统、刀盘驱动液压系统、螺旋输送液压系统、管片拼装液压系统等四个组成部分。

　　(一)推进液压系统

　　推进液压系统是盾构机前进的动力，主要是由沿着盾体分布的组夜压缸组成，通过分组控制来达到分组控制的目的。盾构机中的推进液压系统可以实现多缸的同步操作并且能够做到准确无误顺利完成直线隧道的掘进任务。在地铁隧道的挖掘和构造中，盾构机的推进液压系统作用较为显著。推进液压系统还能够实现单独控制以满足曲线推进、隧道纠偏、管片拼装的任务。

　　(二)刀盘驱动液压系统

　　刀盘驱动液压系统的主要功能协助推动液压系统驱动刀盘进行旋转，切割挖开地面的土体，实现盾构机的推进任务。在隧道工程中，切削任务都是通过液压泵的驱动驱使若干个液压马达经过减速器的减速后开启刀盘转动来进行地面体的切削任务。

　　(三)螺旋输送液压系统

　　螺旋输送液压系统主要的功能是从盾构掘进机密封的土仓中将刀盘切削下来的土壤排除到盾体之外，特别是在打隧道的工程中。这个过程主要由螺杆旋转来实现。此系统实际上市闭环式系统，设置在土仓的土压传感器会将切削下来的土壤的压力情况的数据传送到输送系统。然后，螺旋输送液压系统会改变液压系统的液压流量，驱动螺杆进行旋转，实现切削、推进、排放的协调控制工作。

　　(四)管片拼装液压系统

　　管片拼装液压系统是整个液压系统中最关键的环节，出故障的几率要比其他的部分高很多。管片拼装系统是进行隧道的管壁混凝土的管片拼装和堆砌工作的专用装置。管片拼装系统实际上相当于一个有自由度的机械手，主要的工作是促进形成圆形的隧洞。它具有灵活、高效、安全、可靠等特点，基本能够实现自动化操作，在地铁工程和架桥工程运用较为广泛。

　　二、液压系统节能技术探究

　　我们在对液压系统的节能技术进行探究之前，必须弄清楚不同的液压系统的组成结构及其运行原理。在此，我们主要对盾构机中的土压平衡式盾构机进行介绍，然后将其原理扩展到其他的盾构机中的液压系统的节能中去。并且，我们结合隧道工程中的公路工程隧道项目，地铁工程中的隧道项目进行了简要的叙述。

　　如图所示的《盾构机推进系统及控制方法》，这是在1978年由德国著名科学家Herbert Heitkamp 提出。该液压系统将压缸分为3个组。前面两组的液压缸是由两个单独的控制单元控制，每组都是由来那个双联的液压缸组成。在第三、第四组液压缸中，每个液压缸都分别由两个调速阀进行控制，溢流阀会对推进压力进行调节以满足各项不同任务的推进需要。根据上述的情况，我们提出了以下几种盾构机中的液压系统的节能技术。

　　(一)提高液压泵的总效率

　　液压泵主要是将机械能转化成为液压能，在不考虑压力的情况下，液压泵的总效率会直接影响液压系统的总效率。研究发现液压泵的结构形式、液压泵转速及液体粘度都是影响液压泵效率的主要因素。因此，我们必须从影响液压泵的效率的因素入手。

　　首先，改良液压泵的结构形式。影响液压泵结构的组成部分是齿轮泵、柱塞泵。另外，高压泵在低压区域使用的时候，总效率也可能很低。同样，低压泵在高压区域内使用的时候，总效率也会很低。因此，我们必须根据负载压力的情况视情况而定选择相应的液压泵，提高液压泵的使用效率，特别是高原地带的在架桥工程和公路工程的施工中。

　　其次，适当协调液压泵的转速。当提高液压泵的转速时，液压泵的流量也会成比例增加。相对的泄漏量也会减小，容积效率提高，但由于转速提高，相对滑动表面摩擦增加，机械效率降低。因此有一个效率高的最佳转速，必须控制在这个范围之内并且根据清苦做到适量调节。

　　最后，选择适当的液压油粘度。液压油在盾构机的运行中会受到搅拌和剪切作用。但是，使用高粘度油会使泄漏减少，同样的容积效率会得到提高。但是当内摩擦阻力增大时，机械效率会降低。

　　(二)提高液压阀的总效率

　　工程施工重在效率。液压系统的节能技术中的最重要的一条是提高液压阀的总效率。主要从两个方面入手，一是提高液压阀的容积率;一是提高液压阀的压力效率。

　　提高液压系统液压阀的容积效率主要是通过减小其泄漏量而完成。提高液压阀的压力效率主要是通过减少液体流经液压阀压力的损失来实现。液压阀可以看作是局部阻力。局部阻力损失公式为：

　　因此，液压阀产生压力损失与其流量的平方成正比。为减少压力损失，主要是通过液压阀的流量控制来实现，不能超过限定的额度。

　　(三)减少液压管路的压力损失

　　一是减少液压管路中液体流速。液体流速必须要有一定的限制，一般来讲是吸油管取，压油管取。如果压力高、管路短、粘度低会取大值，反之则取小值。

　　二是减少管路长度和局部阻力个数。节能主要是要减少不必要的弯曲，缩短管路的长度，避免相互间的干扰，减少损失。

　　因此，要做到节能就必须情况具体分析，视情况利用不同压力的液压系统并进行实时监护，保证机器正常运作。

　　三、液压系统技能技术应用实例分析

　　我们根据公路工程、地铁工程、隧道工程以及架桥工程中对盾构机的应用，对盾构机的液压系统运行状况进行了全面的监控。在对盾构机的液压系统的节能技术进行详细深入的研讨后，我们做出了如图所示的土压平衡式盾构机，旨在模拟试验平台刀盘中的驱动液压系统。

　　本实验采用的是全局功率自适应泵自动控马达系统。主要是通过接近开关以做到实时检测刀盘转速。然后，根据合适的策略控制变量缸位移，以达到调节变量泵排量的目的。并且在进行每一步操作的时候做好记录，对节能技术的实际应用做到精确仔细，减低液压系统的资源损失率并且提高液压系统的工作系统。

　　在对隧道工程的实践实验中试验的盾构机形成了按负载工况变化而连续实时可控的刀盘驱动液压控制系统。实验表明，上述的节能技术和节能措施是行之有效的科学措施。实际试验中，实验数据表明，盾构机推进1m，冷却器未开启，液压系统的温升仅8℃，说明此负载功率自适应液压系统节能效果较为理想，节能技术实践应用操作成功。

　　注释：

　　1.减速器 2.接近开关 3.马达4梭闼 5、8.压力传感器6.高压球阀7.电液换向阀9 1.单向阀9.2.安全阀9.3.高压溢流阀9.4.低压溢流阀9,5.换向阀9,6、9.7.插装阀10过滤器 11.压力表12.变量泵13.电机14联轴器15钟形罩16过滤器17球阀18.油箱

　　　　四、结语：

　　根据以上的讨论，无论是在何种工程机械中，液化系统都是节能的关键。公路工程、隧道工程、架桥工程等得隧道挖掘项目对盾构机液压系统都有一定的要求。因此，液化系统的节能技术的发展方向有这样集中。减少液压系统的损失的流量和压力，提高有效利用率，减少损失功率是我们在液压系统节能技术上的努力方向。

　　参考文献：

　　[1]王艳,贺文涛.水泥设备液压系统的节能技术[J].水泥技术,2011.

　　[2]文涛.造纸设备液压系统的节能技术[J].中华纸业,2009.

　　[3]贺涛.塑料设备液压系统的节能技术[J].橡塑技术与装备,2010.

　　[4]贺文涛.面粉设备液压系统的节能技术[J].面粉通讯,2009.

　　[5]向冬枝.纺织设备液压系统的节能技术[J].国际纺织导报,2008.