摘要：隧道工程機(jī)械中的盾構(gòu)機(jī)師現(xiàn)代化隧道掘進(jìn)裝備，其中液壓系統(tǒng)在盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行中又有著十分關(guān)鍵的作用。本文結(jié)合隧道工程機(jī)械的主要特點(diǎn)，著重分析盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)，對(duì)隧道工程機(jī)械中盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)的技能技術(shù)進(jìn)行了較為詳細(xì)的研討。指出了各種技能及時(shí)在盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)中的使用范圍和實(shí)際應(yīng)用效果，并且根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的具體情況提出了幾點(diǎn)行之有效的節(jié)能技術(shù)改革措施。

　　關(guān)鍵詞：隧道工程機(jī)械;盾構(gòu)機(jī);液壓系統(tǒng);節(jié)能技術(shù)

　　中圖分類號(hào)：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　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

　　本文結(jié)合液壓設(shè)備的特點(diǎn)，根據(jù)液壓馬達(dá)、液壓泵、液壓控制閥、液壓輔件等液壓系統(tǒng)的組成設(shè)備對(duì)液壓系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的探討。總結(jié)了4中兼顧工作效率與節(jié)能的液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，指出了各種節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果以及改進(jìn)的方向，為隧道機(jī)械中的盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展有一定的積極作用。

　　一、盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)析

　　在公路工程、隧道工程、地鐵工程、架橋工程，盾構(gòu)機(jī)的挖掘作用是必不可少的。在盾構(gòu)機(jī)中，又屬土壓平衡式的應(yīng)用最為廣泛。主要原因在于它的排土處理簡(jiǎn)單，可靠性能高。因此，本文將土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)作為研究的主要對(duì)象和實(shí)驗(yàn)的主要對(duì)象。一般來(lái)講，隧道機(jī)械中的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)主要包括推進(jìn)液壓系統(tǒng)、刀盤驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)、螺旋輸送液壓系統(tǒng)、管片拼裝液壓系統(tǒng)等四個(gè)組成部分。

　　(一)推進(jìn)液壓系統(tǒng)

　　推進(jìn)液壓系統(tǒng)是盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)的動(dòng)力，主要是由沿著盾體分布的組夜壓缸組成，通過(guò)分組控制來(lái)達(dá)到分組控制的目的。盾構(gòu)機(jī)中的推進(jìn)液壓系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多缸的同步操作并且能夠做到準(zhǔn)確無(wú)誤順利完成直線隧道的掘進(jìn)任務(wù)。在地鐵隧道的挖掘和構(gòu)造中，盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)液壓系統(tǒng)作用較為顯著。推進(jìn)液壓系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)控制以滿足曲線推進(jìn)、隧道糾偏、管片拼裝的任務(wù)。

　　(二)刀盤驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)

　　刀盤驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的主要功能協(xié)助推動(dòng)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)刀盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，切割挖開地面的土體，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)任務(wù)。在隧道工程中，切削任務(wù)都是通過(guò)液壓泵的驅(qū)動(dòng)驅(qū)使若干個(gè)液壓馬達(dá)經(jīng)過(guò)減速器的減速后開啟刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行地面體的切削任務(wù)。

　　(三)螺旋輸送液壓系統(tǒng)

　　螺旋輸送液壓系統(tǒng)主要的功能是從盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)密封的土倉(cāng)中將刀盤切削下來(lái)的土壤排除到盾體之外，特別是在打隧道的工程中。這個(gè)過(guò)程主要由螺桿旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此系統(tǒng)實(shí)際上市閉環(huán)式系統(tǒng)，設(shè)置在土倉(cāng)的土壓傳感器會(huì)將切削下來(lái)的土壤的壓力情況的數(shù)據(jù)傳送到輸送系統(tǒng)。然后，螺旋輸送液壓系統(tǒng)會(huì)改變液壓系統(tǒng)的液壓流量，驅(qū)動(dòng)螺桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)切削、推進(jìn)、排放的協(xié)調(diào)控制工作。

　　(四)管片拼裝液壓系統(tǒng)

　　管片拼裝液壓系統(tǒng)是整個(gè)液壓系統(tǒng)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，出故障的幾率要比其他的部分高很多。管片拼裝系統(tǒng)是進(jìn)行隧道的管壁混凝土的管片拼裝和堆砌工作的專用裝置。管片拼裝系統(tǒng)實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)有自由度的機(jī)械手，主要的工作是促進(jìn)形成圓形的隧洞。它具有靈活、高效、安全、可靠等特點(diǎn)，基本能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化操作，在地鐵工程和架橋工程運(yùn)用較為廣泛。

　　二、液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)探究

　　我們?cè)趯?duì)液壓系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行探究之前，必須弄清楚不同的液壓系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行原理。在此，我們主要對(duì)盾構(gòu)機(jī)中的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行介紹，然后將其原理擴(kuò)展到其他的盾構(gòu)機(jī)中的液壓系統(tǒng)的節(jié)能中去。并且，我們結(jié)合隧道工程中的公路工程隧道項(xiàng)目，地鐵工程中的隧道項(xiàng)目進(jìn)行了簡(jiǎn)要的敘述。

　　如圖所示的《盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)及控制方法》，這是在1978年由德國(guó)著名科學(xué)家Herbert Heitkamp 提出。該液壓系統(tǒng)將壓缸分為3個(gè)組。前面兩組的液壓缸是由兩個(gè)單獨(dú)的控制單元控制，每組都是由來(lái)那個(gè)雙聯(lián)的液壓缸組成。在第三、第四組液壓缸中，每個(gè)液壓缸都分別由兩個(gè)調(diào)速閥進(jìn)行控制，溢流閥會(huì)對(duì)推進(jìn)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿足各項(xiàng)不同任務(wù)的推進(jìn)需要。根據(jù)上述的情況，我們提出了以下幾種盾構(gòu)機(jī)中的液壓系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)。

　　(一)提高液壓泵的總效率

　　液壓泵主要是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成為液壓能，在不考慮壓力的情況下，液壓泵的總效率會(huì)直接影響液壓系統(tǒng)的總效率。研究發(fā)現(xiàn)液壓泵的結(jié)構(gòu)形式、液壓泵轉(zhuǎn)速及液體粘度都是影響液壓泵效率的主要因素。因此，我們必須從影響液壓泵的效率的因素入手。

　　首先，改良液壓泵的結(jié)構(gòu)形式。影響液壓泵結(jié)構(gòu)的組成部分是齒輪泵、柱塞泵。另外，高壓泵在低壓區(qū)域使用的時(shí)候，總效率也可能很低。同樣，低壓泵在高壓區(qū)域內(nèi)使用的時(shí)候，總效率也會(huì)很低。因此，我們必須根據(jù)負(fù)載壓力的情況視情況而定選擇相應(yīng)的液壓泵，提高液壓泵的使用效率，特別是高原地帶的在架橋工程和公路工程的施工中。

　　其次，適當(dāng)協(xié)調(diào)液壓泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)提高液壓泵的轉(zhuǎn)速時(shí)，液壓泵的流量也會(huì)成比例增加。相對(duì)的泄漏量也會(huì)減小，容積效率提高，但由于轉(zhuǎn)速提高，相對(duì)滑動(dòng)表面摩擦增加，機(jī)械效率降低。因此有一個(gè)效率高的最佳轉(zhuǎn)速，必須控制在這個(gè)范圍之內(nèi)并且根據(jù)清苦做到適量調(diào)節(jié)。

　　最后，選擇適當(dāng)?shù)囊簤河驼扯�。液壓油在盾�?gòu)機(jī)的運(yùn)行中會(huì)受到攪拌和剪切作用。但是，使用高粘度油會(huì)使泄漏減少，同樣的容積效率會(huì)得到提高。但是當(dāng)內(nèi)摩擦阻力增大時(shí)，機(jī)械效率會(huì)降低。

　　(二)提高液壓閥的總效率

　　工程施工重在效率。液壓系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)中的最重要的一條是提高液壓閥的總效率。主要從兩個(gè)方面入手，一是提高液壓閥的容積率;一是提高液壓閥的壓力效率。

　　提高液壓系統(tǒng)液壓閥的容積效率主要是通過(guò)減小其泄漏量而完成。提高液壓閥的壓力效率主要是通過(guò)減少液體流經(jīng)液壓閥壓力的損失來(lái)實(shí)現(xiàn)。液壓閥可以看作是局部阻力。局部阻力損失公式為：

　　因此，液壓閥產(chǎn)生壓力損失與其流量的平方成正比。為減少壓力損失，主要是通過(guò)液壓閥的流量控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，不能超過(guò)限定的額度。

　　(三)減少液壓管路的壓力損失

　　一是減少液壓管路中液體流速。液體流速必須要有一定的限制，一般來(lái)講是吸油管取，壓油管取。如果壓力高、管路短、粘度低會(huì)取大值，反之則取小值。

　　二是減少管路長(zhǎng)度和局部阻力個(gè)數(shù)。節(jié)能主要是要減少不必要的彎曲，縮短管路的長(zhǎng)度，避免相互間的干擾，減少損失。

　　因此，要做到節(jié)能就必須情況具體分析，視情況利用不同壓力的液壓系統(tǒng)并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，保證機(jī)器正常運(yùn)作。

　　三、液壓系統(tǒng)技能技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

　　我們根據(jù)公路工程、地鐵工程、隧道工程以及架橋工程中對(duì)盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行了全面的監(jiān)控。在對(duì)盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)深入的研討后，我們做出了如圖所示的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，旨在模擬試驗(yàn)平臺(tái)刀盤中的驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)。

　　本實(shí)驗(yàn)采用的是全局功率自適應(yīng)泵自動(dòng)控馬達(dá)系統(tǒng)。主要是通過(guò)接近開關(guān)以做到實(shí)時(shí)檢測(cè)刀盤轉(zhuǎn)速。然后，根據(jù)合適的策略控制變量缸位移，以達(dá)到調(diào)節(jié)變量泵排量的目的。并且在進(jìn)行每一步操作的時(shí)候做好記錄，對(duì)節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用做到精確仔細(xì)，減低液壓系統(tǒng)的資源損失率并且提高液壓系統(tǒng)的工作系統(tǒng)。

　　在對(duì)隧道工程的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)中試驗(yàn)的盾構(gòu)機(jī)形成了按負(fù)載工況變化而連續(xù)實(shí)時(shí)可控的刀盤驅(qū)動(dòng)液壓控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明，上述的節(jié)能技術(shù)和節(jié)能措施是行之有效的科學(xué)措施。實(shí)際試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)1m，冷卻器未開啟，液壓系統(tǒng)的溫升僅8℃，說(shuō)明此負(fù)載功率自適應(yīng)液壓系統(tǒng)節(jié)能效果較為理想，節(jié)能技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用操作成功。

　　注釋：

　　1.減速器 2.接近開關(guān) 3.馬達(dá)4梭闥 5、8.壓力傳感器6.高壓球閥7.電液換向閥9 1.單向閥9.2.安全閥9.3.高壓溢流閥9.4.低壓溢流閥9,5.換向閥9,6、9.7.插裝閥10過(guò)濾器 11.壓力表12.變量泵13.電機(jī)14聯(lián)軸器15鐘形罩16過(guò)濾器17球閥18.油箱

　　　　四、結(jié)語(yǔ)：

　　根據(jù)以上的討論，無(wú)論是在何種工程機(jī)械中，液化系統(tǒng)都是節(jié)能的關(guān)鍵。公路工程、隧道工程、架橋工程等得隧道挖掘項(xiàng)目對(duì)盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)都有一定的要求。因此，液化系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向有這樣集中。減少液壓系統(tǒng)的損失的流量和壓力，提高有效利用率，減少損失功率是我們?cè)谝簤合到y(tǒng)節(jié)能技術(shù)上的努力方向。

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