日立盾构机推进液压系统分析

李伟鹏

摘 要：盾构机在地铁施工过程当中起着重要的作用，盾构机的液压系统也相对复杂，推进液压系统作为盾构机液压系统的重要部分，在盾构机系统中起着关键作用。本文对日立造船公司设计的EPB6150土压平衡盾构机的推进液压系统的组成、控制方式和工作模式作了详细的介绍。针对其推进液压系统的特点，总结出其优点和不足。

关键词：盾构机；推进；液压系统

中图分类号：U455.31 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）03-0064-02

1 引言

近年来，随着城市地铁建设的全面开展，盾构施工法以其自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响等诸多优势得到广泛应用[1]。盾构机是依靠液压马达或变频电机驱动刀盘旋转，同时通过油缸作用于成型管片后实现盾构前进。推进系统作为盾构机的主要工作系统，在盾构机系统中起着十分重要的作用，本文著重介绍日立造船公司设计的EPB6150土压平衡式盾构机推进液压系统的组成、控制方式和工作模式。

盾构机在地下施工时，土层会给其各种阻力，推进系统就是为了克服这种阻力而设计的。推进系统具有大功率、变负载、空间狭窄、环境恶劣等特点，一般都采用液压系统[2]。日立盾构机推进液压系统的动力由一台斜盘式变量柱塞泵提供，泵的排量可通过实际需要来调节斜盘角度；执行元件由22根油缸组成，分为四组，构成上下左右四个分区；控制部分由压力控制部分，推进选择控制，换向控制，安全阀等组成。

2 推进系统控制部分功能

2.1 压力控制

压力控制部分包括系统压力控制阀组和4个单向减压阀组成。压力控制阀组设计在泵出口处，油缸不工作时，泵卸荷；油缸工作时根据模式不同，限制系统压力。4个减压阀出口处分别接压力传感器，传感器可将出口油压显示到操控面板，操作手根据实际情况，通过调节减压阀实现对油缸伸出压力的控制。

2.2 推进选择控制

推进液压系统采用了分区控制，分为上下左右四个分区，各分区除控制油缸数量不同外控制方式基本相同，因此，本文只对其中一个分区进行研究。图1即为单个分区的推进选择阀组原理图。

工作原理如下：进油时，经减压阀出口进入P口，若电磁阀3不得电，电磁阀芯处于左位，液控阀2处于关闭状态；若电磁阀得电时，电磁阀芯移动到右位，液控阀处于打开状态，油液通过液控阀，打开液控单向阀1，由SJ口进入油缸大腔。回油时，油缸大腔油液通过SJ口进入，PP口进油打开液控单向阀，电磁阀和液控阀作用和进油时原理一致，可控制油液是否通过。由此可见，可通过控制电磁阀得电与否，来实现对相应油缸的伸缩控制。图1中Z口接安全阀，PM口接换向阀组随动控制出口，D口为泄油口。

2.3 其他部分功能

安全阀用于调节系统的过高意外压力，保护系统不因为此而损坏。

换向控制由控制油缸伸缩的换向阀，给液压锁的供油的开关阀以及控制油缸随动功能的换向阀集合而成。

3 工作模式介绍

3.1 掘进模式

盾构机掘进时，由溢流阀限定的系统最大工作压力为33MPa，泵提供的压力油进入换向控制阀组，换向阀切换到推进油缸伸位（掘进模式缩位无效），压力油通过换向阀后分四路同时进入减压阀，操作手可根据实际情况调节其压力，减压后的液压油进入油缸推进选择阀，推进选择阀对应油缸的电磁阀得电，油液依次流过液控换向阀、液控单向阀进入油缸无杆腔，油缸有杆腔内液压油经电磁换向阀回油至油箱，油缸伸出。

3.2 管片模式

管片模式有两个动作，需拼装管片的油缸缩回；管片拼装到位后，对应油缸伸出顶住管片。油缸缩回时，系统最大油压为21MPa；油缸伸出时，为了防止刀盘与掌子面抵紧使刀盘启动力矩过大，系统限定的最大油压为8MPa。油缸缩回时，换向阀切换到推进油缸缩位，同时控制液控单向阀打开的开关阀动作，控制油打开液控单向阀。此时，压力油流经换向阀，进入油缸有杆腔，需缩回的油缸对应选择阀得电，液控阀打开，油缸无杆腔液压油通过推进选择阀、单向减压阀的单向阀进入换向阀回油箱，油缸缩回。管片模式油缸伸出动作原理与掘进模式基本一致。

4 结语

日立盾构机液压系统设计上充分利用成熟技术，与海瑞克的推进液压系统相比[3]，控制油缸伸缩的方式上有着明显的不同，通过插装阀的使用，使系统更为简单高效，阀块体积较小，利于布置，同时也降低了成本；减少电磁换向阀在系统中的使用，提高了系统的安全性和稳定性，提高了液压系统的可靠性，减少了系统的故障率。但稍显不足的是，由于盾构机完成一个标段之后，会重新拆装机进入下一个标段，本系统实际连接过程中使用了较多液压软管，不利于安装调试工作的进行，对日后的维护工作也会造成一定困难。

参考文献

[1]朱伟，陈仁俊.盾构隧道施工技术现状及展望（第1讲）——盾构隧道基本原理及在我国的使用情况[J].岩土工程界，2001，（11）.

[2]陈启松.液压传动与控制手册[M].上海科学技术出版社，2006.

[3]庄欠伟，龚国芳，杨华勇.盾构机推进系统分析[J].液压与气动，2004，（4）.