盾构机液压系统技术研究

张旺 丁永强

摘  要：随着科学技术的高速发展，隧道项目收到了人们的广泛关注，目前人们开始积极投入隧道开掘项目中，而在隧道开掘环节，最重要也是最主要的施工工具就是盾构机。盾构机的出现，改变了传统的隧道掘进技术，大大加快了隧道掘进的速度，同时保障了隧道工程项目的安全性。液压传动系统作为盾构机的基本传动系统，其具有精度高、驱动力大等优点，使得盾构机成为了隧道工程项目的首要工具。基于此，本文分析和探讨了盾构机的液压系统，以供参考。

关键词：盾构机;液压系统;技术

中图分类号：U455.39     文献标识码：A       文章编号：2096-6903（2020）11-0000-00

0引言

当前，人们越来越重视道路交通问题，因此，正在不断的修扩公路，方便交通运输，让不同地区的联系更为紧密，开放发展更为壮大。伴随着公路的不断增延，人类的发展也在跳跃性前进。而对于高山或是连峰，常常会给公路的铺设带来巨大考验，人类开始构想将山底挖通，这样既能降低成本，也能缩短通行时间。

1盾构机的概念

盾构机是一种圆柱体型的隧道掘进机器，其依靠液压传动系统进行传动，实现推进、开掘的功能，盾构机的工作方法是盾构法，盾构法就是一种隧道开掘方法，该方法就是在隧道掘进机进行隧道开掘的同时，在刚施工开掘区域铺上一些管片装置，这些管片起到支撑加固的作用，以确保刚施工过的区域不会发生坍塌等危险隐患。由于使用管片这种支撑装置来承受开掘区域的石层、土层的压力，使得隧道开掘和施工时，不会出现塌方等事故，其安全性大大提高。传统的敞开式隧道开掘施工，由于没有这些支撑性的装置，导致开掘区域存在塌陷的安全隐患，盾构机的出现，改变了传统的隧道开掘方式。盾构机的工作原理是由圆柱体型的主体，通过其刚件，沿着规划好的区域开掘，其在不断向前推进的同时，还在不断地对周边土壤实施开采。其在刚推进完的土层区域进行支撑，分散土层石层的重量压力，在铺设好支撑性管片后，施工人员就可以进行开采、清理、修建的工程任务。

2液压系统技术介绍

液压系统由五大基本部件构成，分别是动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。液压系统其基本工作原理是通过改变压强，提高作用力的大小，根据这个基本原理，将液压系统划分为两种，分别是液压传动系统和液压控制系统，液压传动系统的作用是用来转换能量，提供、传递动力和运动，而液压控制系统的作用就是要输出所需性能。在盾构机中，液压传动系统是盾构机的重要动力源，液压传动系统的好坏和运作情况，直接影响着盾构机的运作情况。

2.1盾构机液压系统的组成

盾构机液压系统是由动力元件（液压泵如图1中所示）、执行元件（液压杠和液压马达）、控制元件（压力控制阀等）、辅助元件（油箱、滤油器等）还有液压油组成。

其中，动力元件，也就是液压油泵，其功能可以实现能量转换，将动力源的机械能转换成了液压油的压力能，而后其为这个液压系统提供所需要的动能;而執行元件，也就是液压缸或是液压马达，其在液压系统中扮演着将液压油的压力能转变为机械能的角色，转变为机械能后，其可以为装置提供动能，使其做直线往复运动或者是回转式的运动;控制元件指各个液压阀，是专门用来调配液压油的压力、流量以及方向的;辅助元件，是如同油箱、油管、滤油器和压力表等一系列用来辅助液压系统能量转变传递的;液压油，其是液压系统中重要的基本元素，是用来传递能量的媒介，可以用油和乳化液等来充当液压油。[1]

盾构机液压系统主要分为信号控制和液压动力两部分，根据回路特点可以分为开式回路和闭式回路。

盾构机的开式液压回路：其组成部件有主推式的油缸液压系统，是通过55KW的电动机作为动力源，来传递能量给液压泵，将液压油传送至主推式液压油缸中;铰接型油缸的液压系统，该液压系统是通过使用37KW的电动机作为动力源，来传递能量给液压泵，将液压油传送至铰接式液压油缸中;管片拼装式液压系统，该液压系统使用45KW的电动机作为动力源，将能量传递给液压泵。

盾构机的闭式液压回路：其中属于闭式系统的是螺旋输送机的液压系统。螺旋输送机系统其含有工作泵和补油泵两种泵来作为其动力元件，其电动机的规格式200KW。

2.2盾构机液压系统技术的优劣

传统的液压系统具有诸多优势，比如液压系统所占空间小，质量轻精度高，使用寿命长，驱动力大，可以满足各种负重型运转，而且液压系统安全性高，可以轻松完成安全防护等特点。但液压系统也具有其所专属的缺点，液压系统对于温度要求非常高，同时液压系统本身的造价很高[2]。

盾构机是集液压技术、电子技术、机械制造技术于一身的机器，液压技术作为盾构机的动力源，起到极为重要的作用。液压传动比较容易进行相关参数的调配控制，其内部结构也较为简洁，同时又有较高的传递能量效率，可实现恒定压力输出，而盾构机的工作环境基本都是在较为严峻的环境中，对于机器的稳定性要求很高，所以液压系统比较稳定，适用于盾构机。盾构机的液压系统运转次数频繁，过程较为繁琐，其主要是在掘进行程和换步行程中交替循环重复进行的工程，其具体掘进步骤如下：首先将推进液压缸伸出顶到制造好的反力架上，将主机、刀盘推进至前，并前进一个行程。然后缩回油缸，这时管片拼装机开始从连接桥处吊抓管片，通过其旋转，挤压将管片固定到所需位置，全部拼装成形将其用特用螺栓把死，然后进行下一环的工作。对于盾构机来说，液压系统运转是否正常直接影响了盾构机的正常运转。关于盾构机液压系统，其内部的任何一个小零件，都是由专业重工企业厂家进行生产调配的，其在系统设计中，基本上都是使用的通用性零件，这样可以大大降低系统出现故障的几率，让盾构机系统更为可靠，并提高了盾构机系统的安全性能。而盾构机作为开掘工具，工作量大，所以为了安全和保养，经常进行盾构机的拆卸，而液压系统其占用的管道相对较多，比较复杂繁琐，不够美观。液压系统又是盾构机的重要系统之一，所以需要重视液压系统的相关检测保养，可以在每次工程使用中，收集建立液压系统的各个相关数据，设立完善的系统防护参数，使得液压系统的寿命更长，降低成本，减少工程周期。同时可以考虑机器性能，让盾构机发挥到极致，在能达到工程要求标准下，减少工程的经济投入，提高其性价比[3]。

3结语

随着时代的快速发展，使得区域联系变得更为紧密。盾构机作为隧道开掘项目的主要工具，需要对其不断地进行实践操作和经验积累，在每一次的使用中，去探索发现其运转细节以及工作状态是否合理，更可对其进行优化改善，提出更为优越的开掘机器方案，推进盾构机系统的不断进步，推动隧道工程的日益完善。

参考文献

[1] 李强.盾构机液压推进系统稳定性研究[J].城市道桥与防洪，2017（8）：317-319+324+32.

[2] 谢锦昌.盾构机液压系统维护及故障诊断的相关分析[J].科技展望，2017，27（14）：55.

[3] 李艳斌.盾构机液压系统的故障诊断与维护方法分析[J].建材与装饰，2017（28）：201-202.

收稿日期：2020-10-03

作者简介：张旺（1987—），男，天津人，本科，工程师，研究方向：液压技术。