盾构机各系统原理浅析
本文针对分析海瑞克EPB土压平衡盾构机的各个系统及其工作原理，及整个盾构施工介绍。
海瑞克盾构机由西门子公司的S7-PLC自动控制系统控制，配备了机电一体化的液压驱动系统、同步注浆设备、泡沫设备、膨润土设备及SLS-T隧道激光导向设备，并可在地面监控室对盾构机的掘进进行实时监控。本文将就盾构机的工作原理、盾构机的组成、及各组成部分的功能结合实际施工情况做一简要阐述。
1盾构机的工作原理
1．1盾构机的掘进
液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。
1．2掘进中控制排土量与排土速度
当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持
从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人
泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。
1．3管片拼装
盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用盾构机的最大直径为6．28m，总长65m，其中盾体长8．5m，后配套设备长56．5m，总重量约406t，总配置功率1 577kW，最大掘进扭矩5 300kN·m，最大推进力为36400 kN，最陕掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾休、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。
2.1盾体
盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体，其外径是6．25m。
前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。
前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸
出可以提供给盾构机向前的掘进力，这30个千斤顶按上下左右被分成A、B、C、D四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。
中盾的后边是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接可以使盾构机易于转向。
2．2刀盘
刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体，刀盘的开口率约为28％，刀盘直径6．28 m，也是盾构机上直径最大的部分，一个带四根支撑条幅的法兰板用来连接刀盘和刀盘驱动部分，刀盘上可根据被切削土质的软硬而选择安装硬岩刀具或软土刀具，刀盘的外侧还装有一把超挖刀，盾构机在转向掘进时，可操作超挖刀油缸使超挖刀沿刀盘的径向方向向外伸出，从而扩大开挖直径，这样易于实现盾构机的转向。超挖刀油缸杆的行程为50mm。刀盘上安装的所有类型的刀具都由螺栓连接，都可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。
法兰板的后部安装有一个回转接头，其作用是向刀盘的面板上输入泡沫或膨润土及向超挖刀液压油缸输送液压油。
2．3刀盘驱动
刀盘驱动由螺栓牢固地连接在前盾承压隔板上的法兰上，它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现0-6．1rpm的无
级变速。刀盘驱动主要由8组传动副和主齿轮箱组成，每组传动副由一个斜轴式变量轴向柱塞马达和水冷式变速齿轮箱组成，其中一组传动副的变速齿轮箱中带有制动装置，用于制动刀盘。
安装在前盾右侧承压隔板上的一台定量螺旋式液压泵驱动主齿轮箱中的齿轮油，用来润滑主齿轮箱，该油路中一个水冷式的齿轮油冷却器用来冷却齿轮油。
2．4双室气闸
双室气闸装在前盾上，包括前室和主室两部分，当掘进过程中刀具磨损工作人员进入到泥土仓检察及更换刀具时，要使用双室气闸。
在进入泥土仓时，为了避免开挖面的坍坍，要在泥土仓中建立并保持与该地层深度土压力与水压力相适应的气压，这样工作人员要进出泥土仓时，就存在一个适应泥土仓中压力的问题，通过调整气闸前室和主室的压力，就可以使工作人员可以适应常压和开挖仓压力之间的变化。但要注意，只有通过高压空气检查和受到相应培训有资质的人员，才可以通过气闸进出有压力的泥土仓。
现以工作人员从常压的操作环境下进入有压力的泥土仓为例，来说明双室气闸的作用。J怍／u吊甲先从前室进入主室，关闭前室和主室之间的隔离门，按照规定程序给主室加压，直到主室的压力和泥土仓的压力相同时，打开主室和泥土仓之间的闸阀，使两者之间压力平衡，这时打开主室和泥土仓之间的隔离门，
工作人员甲进入泥土仓。如果这时工作人员乙也需要进入泥土仓工作，乙就可以先进入前室，然后关闭前室和常压操作环境之间的隔离门，给前室加压至和主室及泥土仓中的压力相同，扣开前室和主室之间的闸阀，使两者之间的压力平衡，打开主室和前室之间的隔离门，工作人员乙进入主室和泥土仓中。
2．5管片拼装机
管片拼装机由拼装机大梁、支撑架、旋转架和拼装头组成。
拼装机大梁用法兰连接在中盾的后支撑架上，拼装机的支撑架通过左右各两个滚轮安放在拼装机大梁上的行走槽中，一个内圈为齿圈形式外径3．2m的滚珠轴承外圈通过法兰与拼装机支撑架相连，内圈通过法兰与旋转架相连，拼装头与旋转支架之间用两个伸缩油缸和一个横粱相连接。
现以拼装头在正下方位置的情况为例，来说明拼装机的运动情况。两个拼装机行走液压油缸可以使支撑架、旋转架、拼装头在拼装机大梁上沿隧道轴线方向移动；安装在支撑架上的两个斜盘式轴向柱塞旋转马达，通过驱动滚珠轴承的内齿圈可以使旋转架和拼装头沿隧道圆周方向左右旋转各200度；通过伸缩油缸可以使拼装头上升或下降；拼装头在油缸的作用下又可以实现在水平方向上的摆动，和在竖直方向上的摆动以及抓紧和放松管片的功能。这样在拼装管片时，就可以有六个方向的自由度，从而可以使管片准确就位。
拼装手可以使用有线的或遥控的控制器操作管片拼装机，用来拼装管片。我们采用的是1．2m长的通用管片，一环管片由六块管片组成，它们是三个标准块、两块临块和一块封顶块。封顶块可以有十个不同的位置，代表十种不同类型的管环，通过选择不同类型的管环就可以使成型后的隧道轴线与设计的隧道轴
线相拟合。隧道成型后，管环之间及管环的管片之间都装有密封，用以防水。管片之间及管环之间都由高强度的螺栓连接。
2．6排土机构
盾构机的排土机构主要包括螺旋输送机和皮带输送机。螺旋输送机由斜盘式变量轴向柱塞马达驱动，皮带输送机由电机驱动。碴土由螺旋输送机从泥土仓中运输到皮带输送机上，皮带输送机再将碴土向后运输至第四节台车的尾部，落入等候的碴土车的土箱中，土箱装满后，由电瓶车牵引沿轨道运至竖井，龙门吊将士箱吊至地面，并倒人碴土坑中。
螺旋输送机有前后两个闸门，前者关闭可以使泥土仓和螺旋输送机隔断，后者可以在停止掘进或维修时关闭，在整个盾构机断电紧急情况下，此闸门也可由蓄能器贮存的能量自动关闭，以防止开挖仓中的水及渣土在压力作用下进入盾构机。
2．7后配套设备
后配套设备主要由以下几部分组成：管片运输设备、四节后配套台车及其上面安装的盾构机操作所需的操作室、电气部件、
液压部件、注浆设备、泡沫设备、膨润土设备、循环水设备及通风设备等。
2．7．1管片运输设备
管片运输设备包括管片运送小车、运送管片的电动葫芦及其连接桥轨道。
管片由龙门吊从地面下至竖井的管片车上，由电瓶车牵引管片车至第一节台车前的电动葫芦—方，由电动葫芦吊起管片向前运送到管片小车上，由管制、车再向前运送，供给管片拼装机使用。
2．7．2一号台车及其上的设备
一号台车上装有盾构机的操作室及注浆设备。
盾构机操作室中有盾构机操作控制台、控制电脑、盾构机PL C自动控制系统、VMT隧道掘进激光导向系统电脑及螺旋输送机后部出土口监视器。
2．7．3二号台车及其上的设备
二号台车上有包含液压油箱在内的液压泵站、膨润土箱、膨润土泵、盾尾密封油脂泵及润滑油脂泵。液压油箱及液压泵站为刀盘驱动、推进油缸、铰接油缸、管片拼装机、管片运输小车、螺旋输送机、注浆泵等液压设备提供压力油。泵站上装有液压油过滤及冷却回路，液压油冷却器是水冷式。
盾尾密封油脂泵在盾构机掘进时将盾尾密封油脂由12条管路压送到三排盾尾密封刷与管片之间形成的两个腔室中，以防止注射到管片背后的浆液进入盾体内。
润滑油脂泵将油脂泵送到盾体中的小油脂桶中，盾构机掘进时，4kw电机驱动的小油脂泵将油脂泵送到主驱动齿轮箱、螺旋输送机齿轮箱及刀盘回转接头中。这些油脂起到两个作用，一个作用是被注入到上述三个组件中唇形密封件之间的空间起到润滑唇形密封件工作区域及帮助阻止赃物进入被密封区域内部的作用，对于螺旋输送机齿轮箱还有另外一个作用，就是润滑齿轮箱的球面轴承。
2．7．4三号台车及其上的设备
三号台车上装有两台打气泵、一个1立方米贮气罐、一组配电柜及一台二次风机。
打气泵可提供8Bar的压缩空气并将压缩空气贮存在贮气罐中，压缩空气可以用来驱动盾尾油脂泵、密封油脂泵和气动污水泵，用宋给人闸、开挖室加压，用来操作膨润土、盾尾油脂的气动开关，用来与泡沫剂、水混合形成改良土壤的泡沫，用来8嘞气动工具等。
二次风机由11kW的电机驱动，将由中间井输送至第四节台车位置处的新鲜空气，继续向前泵送至盾体附近，以给盾构机提供良好的通风。
2．7．5四号台车及其上的没备
四号台车上装有变压器、电缆卷筒、水管卷筒、风管盒。
铺设在隧道中的两条内径为100mm的水管作为盾构机的进、回水管，将竖井地面的蓄水池与水管卷筒上的水管连接起来，与蓄水池连接的一台高压水泵驱动盾构机用水在蓄水池和盾构机
之间循环。通常情况下，进人盾构机水管卷筒水管的水压控制在5Bar左右。正常掘进时，进人盾构机水循环系统的水有以下的用途：对掖压油、主驱动齿轮油、空压机、配电柜中的电器部件及刀盘驱动副变速箱具有冷却功能，为泡沫剂的合成提供用水，提供给盾构机及隧道清洁用水。蓄水池中的水用冷却塔进行循环冷却。
风管盒中装有折叠式的风管，风管与竖井地面上的风肌连接，向隧道中的盾构机里提供新鲜空气。新鲜空气通过风管被送至第四节台车的位置。
2．8电气设备
盾构机电气设备包括电缆卷筒、主供电电缆、变压器、配电柜、动力电缆、控制电缆、控制系统、操作控制台、现场控制台、螺旋输送机后部出土口监视器、电机、插座、照明、接地等。电器系统最小保护等级为IP5．5。
主供电电缆安装在电缆卷筒上，10kV的高压电由地面通过高压电缆沿隧道输送到与之连接的主供电电缆上，接着通过变压器转变成400v，50Hz的低压电进人配电柜，再通过供电电缆和控制电缆供盾构机使用。
西门子S7-PLC是控制系统的关键部件，控制系统用于控制盾构机掘进、拼装时的各主要功能。PLC安装于控制室，在配电柜里装有远程接口，PLC系统也与操作控制台的控制电脑及V MT公司的SLS-T隧道激光导向系统电脑相连。
盾构机操作室内的操作控制台和盾构机某些可移动装置旁边的现场控制台(如管片拼装机、管片吊车、管片运送小车等)用来操作盾构机，实现各种功能。操作控制台上有控制系统电脑显示器、实现各种功能的按钮、调整压力和速度的旋钮、显示压力或油缸伸长长度的显示模块及各种钥匙开关等。
螺旋输送机后部出土口监视器用来监视螺旋输送机的出土情况。
电机为所有液压油泵、皮带机、泡沫剂泵、合成泡沫用水水泵、膨润土泵等提供动力。当电机的功率在30kW以下时，采用直接起动的方式，当电机的功率大于30kW时，为了降低起动电流，采用星形—三角形起动的方式。
2．9辅助设备
辅助设备包括数据采集系统、S1S-T隧道激光导向系统、注浆装置、泡沫装置、膨润土装置。
2．9．1数据采集系统
数据采集系统的硬件是一台有一定配置要求的计算机和能使该计算机与隧道中掘进的盾构机保持联络的调制解调器、转换器及电话线等原件。该计算机可以放置在地面的监控室中，并始
终与隧道中掘进的盾构机自动控制系统的PLC保持联络，这样数据采集系统就可以和盾构机自动控制系统的PLC具有相同的各种关于盾构机当前状态的信息。数据采集系统按掘进、管片拼装、停止掘进三个不同运行状态段来记录、处理、存储、显示和评判盾构机运行中的所有关键监控参数。
通过数据采集系统，地面工作人员就可以在地面监控室中实时监控盾构机各系统的运行状况。数据采集系统还可以完成以下任务：用来查找盾构机以前掘进的档案信息，通过与打印机相连打印各环的掘进报告，修改隧道中盾构机的PLC的程序等等。
2．9．2隧道掘进激光导向系统
德国VMT公司的SLS-T隧道掘进激光导向系统主要作用有以下几点：
①可以在隧道激光导向系统用电脑显示屏上随时以图形的形式显示盾构机轴线相对于隧道设计轴线的准确位置，这样在盾构机掘进时，操作者就可以依此来调整盾构机掘进的姿态，使盾构机的轴线接近隧道的设计轴线，这样盾构机轴线和隧道设计轴线之间的偏差就可以始终保持在一个很小的数值范围内。
②推进一环结束后，隧道掘进激光导向系统从盾构机PLC自动控制系统获得推进油缸和铰接油缸的油缸杆伸长量的数值，并依此计算出上一环管片的管环平面，再综合考虑被手工输入隧道掘进激光导向系统电脑的盾尾间隙等因素，计算并选择这—环适合拼装的管片类型。
③可以提供完整的各环掘进姿态及其他相关资料的档案资料。
④可以通过标准的隧道设计几何元素计算出隧道的理论轴线。
⑤可以通过调制解调器和电话线和地面的一台电脑相连，这样在地面就可以实时监控盾构机的掘进姿态。
隧道掘进激光导向系统主要部件有激光经纬仪、带有棱镜的激光靶、黄盒子、控制盒和隧道掘进激光导向系统用电脑。
激光经纬仪临时固定在安装好的管片上，随着盾构机的不断向前掘进，激光经纬仪也要不断地向前移动，这被称为移站。激光靶则被固定在中盾的双室气闸上。激光经纬仪发射出激光束照射在激光靶上，激光靶可以判定激光的入射角及折射角，另外激光靶内还有测倾仪，用来测量盾构机的滚动和倾斜角度，再根据激光经纬仪与激光靶之间的距离及各控制盒用来组织隧道掘进激光导向系统电脑与激光经纬仪和激光靶之间的联络，并向黄盒子和激光靶供电。黄盒子用来向激光经纬仪供电并传输数据。隧道掘进激光导向系统电脑则是将该系统获得的所有数据进行综合、计算和评估。所得结果可以被以图形或数字的形式显示在显示屏上。
2．9．3注浆装置
注浆装置主要包括两个注浆泵、浆液箱及管线。
在竖井，浆液被放入浆液车中，电瓶车牵引浆液车至盾构机浆液箱旁，浆液车将浆液泵入浆液箱中。两个注浆泵各有两个出口，这样总共有四个出口，四个出口直接连至盾尾上圆周方向分布的四个注浆管上，盾构机掘进时，山注浆泵泵出的浆液被同步注入隧道管片与土层之间的环隙中，浆液凝固后就可以起到稳定管片和地层的作用
为了适应开挖速度的快慢，注浆装置可根据压力来控制注浆量的大小，可预先选择最小至最大的注浆压力，这样可以达到两个目的，一是盾尾密封不会被损坏，管片不会受过大的压力，二是对周围土层的扰动最小。注浆方式有两种：人工方式和自动方式。人工方式可以任选四根注浆管中的一根，由操作人员在现场操作台上操作按钮启动注浆系统；自动方式则是在注浆现场操作台上预先设定好的，盾构机掘进即启动注浆系统。
2．9．4泡沫装置
泡沫系统主要包括泡沫剂罐、泡沫剂泵、水泵、四个溶液计量调节阀、四个空气剂量调节阀个液体流量计、四个气体流量计、泡沫发生器及连接管路。
泡沫装置产生泡沫，并向盾构机开挖室中注入泡沫，用于开挖土层的改良，作为支撑介质的土在加入泡沫后，其塑型、流动性、防渗性和弹性都得至U改进，盾构机掘进驱动功率就可减少，同时也可减少刀具的磨损。
泡沫剂泵将泡沫剂从泡沫剂罐中泵出，并与水泵泵出的水按盾构司机操作指令的比例混合形成溶液，控制系统是通过安装在水泵出水口处的液体流量计测量水泵泵出水的流量，并根据这一流量控制泡沫剂泵的输出量来完成这一混合比例指令的。混合溶液向前输送至盾体中，被分配输送到四条管路中，经过溶液剂量调节阀和液体流量计后，又被分别输送到四个泡沫发生器中，在泡沫发生器中与同时被输入的压缩空气混合产生泡沫，压缩空气进入泡沫发生器前也要先经过气体流量计和空气剂量调节阀。泡沫剂溶液和压缩空气也是按盾构机司机操作指令的比例混合的，这一指令需通过盾构机控制系统接收液体流量计和气体流量计的信息并控制空气剂量调节阀和溶液剂量调节阀来完成。最后，泡沫沿四条管路通过刀盘旋转接头，再通过刀盘上的开口，注入到开挖室中。在控制室，操作人员也可以根据需要从四条管路中任意选择，向开挖室加入泡沫。
2．9．5膨润土装置
膨润土装置也是用来改良土质，以利于盾构机的掘进。膨润土装置主要包括膨润土箱、膨润土泵、九个气动膨润土管路控制阀及连接管路。
和浆液一样，在竖井，膨润土被放人膨润土车中，电瓶车牵引膨润土车至膨润土箱旁，膨润土车将膨润土泵入膨润土箱中。
需要注入膨润土时，膨润土被膨润土泵沿管路向前泵至盾体内，操作人员可根据需要，在控制室的操作控制台上，通过控制气动膨润土管路控制阀的开关，将膨润土加入到开挖室、泥土仓或螺旋输送机中。
盾构机液压系统原理 一. 液压系统原理 盾构机的绝大部分工作机构主要由液压系统驱动来完成，液压系统可以说是盾构机的心脏，起着非常重要的作用。这些系统按其机构的工作性质可分为： 盾构机液压推进及铰接系统 刀盘切割旋转液压系统 管片拼装机液压系统 管片小车及辅助液压系统 螺旋输送机液压系统 液压油主油箱及冷却过滤系统 同步注浆泵液压系统 超挖刀液压系统 以上8个系统除同步注浆泵液压系统在1号拖车、超挖刀液压系统在盾壳前体为两个独立的系统外，其余6个液压系统都共用一个油箱，并安装在2号拖车上组成一个液压泵站。有的系统还相互有联系。下面就分别介绍一下以上8个液压系统的作用及工作原理。 (一盾构机液压推进及铰接系统 盾构机液压推进
（1）盾构机液压推进系统的组成 盾构机液压推进系统由液压泵站，调速、调压机构，换向控制阀组及推进油缸组成，30个油缸分20组均布的安装在盾构中体内圆壁上（见图），并分为上、下、左、右四个可调整液压压力的区域，为盾构机前进提供推进力、推进速度，通过调整四个区域的压力差来实现盾构机的转弯调向及 纠偏功能。铰接系统的主要作用是减小盾构机转弯或纠偏时的曲率半径上的直线段，从而减少盾尾与管片、盾体与围岩间的摩擦阻力。 （2）推进系统液压泵站： 推进系统的液压泵站是由一恒压变量泵（1P001）和一定量泵（1P002）组成的双联泵，功率为75KW，恒压变量泵为盾构的前进提供恒定的动力。恒压泵的压力可通过油泵上的电液比例溢流阀（A300）调整，流量在0-qmax范围内变化时，调整后的泵供油压力保持恒定。恒压式变量泵常用于阀控系统的恒压油源以避免溢流损失。
一、液压系统元件 1液压泵 液压泵是液压系统的动力元件，按结构可以分为柱塞泵、齿轮泵、叶片泵，按排量可以分为定量泵、变量 泵，按输出出口方向又可以分为单向泵、双向泵。 泵都是由电动机或其他原动机带动旋转，通过这种往复的旋转将油不断地输送到管路中，通过各种阀的作 用，控制着执行元件的运行。 在大连地铁盾构机中，螺旋输送机使用一个双向变量泵和一个定量泵，推进系统中使用一个大排量的单向 变量泵，管片安装机种使用两个单向变量泵，注浆系统 中使用一个单向变量泵，辅助系统使用一个单向变量泵。
a.定量齿轮泵 注：右侧油液进入泵内，齿轮旋转带动油液从左侧出口流出，排量是一定的
c.定量叶片泵 注：转子转动，带动叶片推动油液1、2进油，3、4出油，排量一定 d.斜盘式柱塞泵 注：斜盘由联轴器带动转动，往复吸油、压油，斜盘角度是可以调控的
2液压阀 液压阀根据作用可以分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。 压力控制阀可以控制液压回路的压力，如当液压回路中压力过大时，溢流阀或卸荷阀打开泄压。 流量控制阀可以控制液压回路中的流量大小，根据流量的不同可以控制执行元件的速度。 方向控制阀主要控制液压回路中液压油的流动方向，由此可以改变液压油缸的伸缩。 各种阀一般安装在靠近泵的油液管路中，相对来说比较集中，便于检查和维修。 a.单向阀 注：油液从P1口进入，克服弹簧力推开单向阀的阀芯，经孔隙从p2 口流出，油液只能从p1流向p2
b.溢流阀 注：油从压力口进入，通过阻尼孔进入后腔，克服弹簧压力，推开阀芯，油液 从溢流口
c.液控单向阀 注：x口接压力油时，阀芯将a与b口堵死，当x口接油箱时，若Pa大于Pb，则从a口进油，打开阀芯，流向b口，若Pb大于Pa时，则油液从b 口流向a口，
盾构机的工作原理 1．盾构机的掘进 液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 2．掘进中控制排土量与排土速度 当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 3.管片拼装 盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。 盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用： 盾构机的最大直径为6.28m，总长65m，其中盾体长8.5m，后配套设备长56.5m，总重量约406t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩5300kN?m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 1.盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体，其外径是6．25m。前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力，这30个千斤顶按上下左右被分成A、B、
盾构机液压系统原理 一.液压系统原理 盾构机的绝大部分工作机构主要由液压系统驱动来完成，液压系统可以说是盾构机的心脏，起着非常重要的作用。这些系统按其机构的工作性质可分为： 1. 盾构机液压推进及铰接系统 2. 刀盘切割旋转液压系统 3. 管片拼装机液压系统 4. 管片小车及辅助液压系统 5. 螺旋输送机液压系统 6. 液压油主油箱及冷却过滤系统 7. 同步注浆泵液压系统 8. 超挖刀液压系统 以上8个系统除同步注浆泵液压系统在1号拖车、超挖刀液压系统在盾壳前体为两个独立的系统外，其余6个液压系统都共用一个油箱，并安装在2号拖车上组成一个液压泵站。有的系统还相互有联系。下面就分别介绍一下以上8个液压系统的作用及工作原理。 (一)盾构机液压推进及铰接系统 1. 盾构机液压推进 （1）盾构机液压推进系统的组成 盾构机液压推进系统由液压泵站，调速、调压机构，换向控制阀组及推进油缸组成，30个油缸分20组均布的安装在盾构中体内圆壁上（见图），并分为上、下、左、右四个可调整液压压力的区域，为盾构机前进提供推进力、推进速度，通过调整四个区域的压力差来实现盾构机的
转弯调向及 纠偏功能。铰接系统的主要作用是减小盾构机转弯或纠偏时的曲率半径上的直线段，从而减少盾尾与管片、盾体与围岩间的摩擦阻力。 （2）推进系统液压泵站： 推进系统的液压泵站是由一恒压变量泵（1P001）和一定量泵（1P002）组成的双联泵，功率为75KW，恒压变量泵为盾构的前进提供恒定的动力。恒压泵的压力可通过油泵上的电液比例溢流阀（A300）调整，流量在0-q m ax范围内变化时，调整后的泵供油压力保持恒定。恒压式变量泵常用于阀控系统的恒压油源以避免溢流损失。
挖掘机节能液压控制系统分析与应用? 李艳杰 1,2于安才 2姜继海 2 (1. 沈阳理工大学机械工程学院沈阳 110159; 2. 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨 150001 摘要 :深入分析了现代液压挖掘机中三种主流的节能液压系统——负流量控制、正流量控制和负载敏感系统的基本工作原理, 重点分析了它们在不同系列挖掘机中的应用;介绍了两种新型挖掘机液压系统的基本原理;分析表明三种典型挖掘节能液压系统都具有一定的节能效果,但工作原理各有不同;新型的挖掘机液压系统虽然还在研发阶段,但具有更好的节能效果及应 用前景。 关键词:液压挖掘机负流量控制正流量控制负载敏感系统 中图分类号 TU621 Analyses and Application of Energy-Saving Hydraulic Control System of Excavator LI Yan-jie1,2YU an-cai2JIANG Ji-hai2 (1. School of Mechanical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159; 2. School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001 Abstract : Negative flow control, positive flow control and load sensing are the general energy-saving hydraulic systems of modern hydraulic excavator. The basic principles of the three typical hydraulic control systems were analyzed deeply. Their application in different kind of excavators is mainly analyzed. The principles of two new
什么是盾构机？与全断面掘进机(TBM)的区别 行业：制造机械信息来源：网络发布时间：2011-02-14 打印转发关闭 盾构机是盾构法施工中的主要施工机械。盾构施工法是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法，它使用盾构机在地下掘进，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。其施工过程需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基坑，将盾构机吊入安装，盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿设计洞线推进直至到达洞线中的另一竖井或隧洞的端点。 用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、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和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。 盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时文撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。 盾构机施工主要由稳定开挖面、挖掘及排土、衬砌包括壁后灌浆三大要素组成。其中开挖面的稳定方法是其工作原理的主要方面，也是区别于硬岩掘进机或比硬岩掘进机复杂的主要方面。大多数硬岩岩体稳定性较好，不存在开挖面稳定问题。 盾构机根据其适用的土质及工作方式的不同主要分为压缩空气式、泥水式，土压平衡式盾构机等不同类型。泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。 盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。近30年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定、控制地表隆起及塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索和研究解决，使盾构机有了很快的发展。国外主要生产厂家有日本三菱重工人川崎重工、日立造船、德国海伦克内希特(HerrenknechtAG)公司等。盾构机尤其是土压平衡式和泥水式盾构机在日本由于经济的快速发展及实际工程的需要发展很快。德国的盾构机技术也有独到之处，尤其是在地下施工过程中，保证密封的前提以及高达0.3MPa气压的情况下更换刀盘上的刀具，从而提高盾构机的一次掘进长度。德国还开发了在密封条件下，从大直径刀盘内侧常压空间内更换被磨损的刀具。 盾构机是盾构法施工中的主要施工机械。盾构施工法是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法，它使用盾构机在地下掘进，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。其施工过程需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基坑，将盾构机吊入安装，盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿设计洞线推进直至到达洞线中的另一竖井或隧洞的端点。 用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、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和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。
盾构机构造及工作原理简介第二部分 四、盾构机的主控系统及工作原理 下图是天地重工生产的土压平衡盾构机示意图，通过这台土压平衡盾构来简单介绍盾构机的构造及工作原理。 盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。这个钢组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，同时还能够承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵，这个钢质组件被称为盾构。而盾构的主要组成部分即为盾体。 1. 盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体。前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有推进油缸。中盾的后边是尾盾， 尾盾末端装有密封用的盾前盾 中盾 后盾
尾刷。 2. 刀盘和刀盘驱动 刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体，刀盘通过安装在前盾承压隔板上的法兰上的刀盘电机来驱动。它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现无级变速。刀盘电机的变速齿轮箱内需设置制动装置，用于制动刀盘。电机的防护等级需大于IP55。 为了适用于不同的土质条件，刀盘上安装了多种类型和功能的刀具，所有刀具都由螺栓连接，可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。 刀盘(中交天和14.93米泥水气压平衡复合式盾构机) 铲刀：铲刀可以双向进行开挖，主要用于保证开挖直径的稳定不变。 铲刀
挖掘机力士乐液压系统分析 [主要内容] 介绍了力士乐闭中心负载敏感压力补偿挖掘机液压系统组成及其工作原理、特性。重点分析了多路阀 液压系统、液压泵控制系统、各主要液压作用元件液压回路及多路阀先导操纵系统等。 目前液压挖掘机有两种油路:开中心直通回油六通阀系统和闭中心负载敏感压力补偿系统,我国国产液压挖掘机大多采用“开中心”系统,而国外著名的挖掘机厂家基本上都采用“闭中心”系统。闭中心具有明显的优点,但价格较贵。国内厂家对开中心系统比较熟悉,而对闭中心系统不太了解,因此有必要来介绍一下闭中心系统,本文重点分析力士乐闭中心负载敏感压力补偿(LUDV)挖掘机油路。 LUDV意为与负载无关的分配阀。 LUDV系统 力士乐挖掘机液压系统可以看作由以下4部分组成: ①多路阀液压系统(主油路); ②液压泵控制液压系统(包括与发动机综合控制); ③各液压作用元件液压子系统,包括动臂、斗杆、铲斗、回转和行走液压系统,还包括附属装置液压系统; ④多路阀操纵和控制液压系统。
1多路阀液压系统 多路阀液压系统是液压挖掘机的主油路,它确定了液压泵如何向各液压作用元件的供油方式,决定了液压挖掘机的工作特性。力士乐采用的闭中位负载敏感压力补偿多路阀液压系统的工作原理见图1(因换向阀不影响原理分析,故未画出)。 图1挖掘机力士乐主油路简图 挖掘机力士乐主油路由工装油路和回转油路二个负载敏感压力补偿系统组成。 1.1工装油路 工作装置和行走油路(除回转外)简称工装油路,用阀后补偿分流比负载敏感压力补偿(LUDV)系统,具有抗饱和功能。在每个操纵阀阀杆节流口后,设压力补偿阀,然后通过方向阀向各液压作用元件供油。LUDV多路阀原理符号见图2。
第一部分：挖掘机 第一章挖掘机的基本构造及工作原理 第一节概述 一、单斗液压挖掘机的总体结构 单斗液压挖掘机的总体结构包括①动力装置、②工作装置、③回转机构、④操纵机构、⑤传动系统、⑥行走机构和⑦辅助设备等，如图所示。
常用的全回转式液压挖掘机的动力装置、传动系统的主要部分、回转机构、辅助设备和 驾驶室等都安装在可回转的平台上，通常称为上部转台。因此又可将单斗液压挖掘机概括成 工作装置、上部转台和行走机构等三部分。 工作装置——①动臂、②斗杆、③铲斗、④液 压油缸、⑤连杆、⑥销轴、⑦管路 上部转台——①发动机、② 减震器主泵、③主阀、④驾 驶室、⑤回转机构、⑥回转 支承、⑦回转接头、⑧转台、 ⑨液压油箱、⑩燃油箱、○11 控制油路、○12电器部件、○13 配重 行走机构——①履带架、② 履带、③引导轮、④支重轮、 ⑤托轮、⑥终传动、⑦张紧 装置 挖掘机是通过柴油机把柴油的化学能转化为机械能，由液压柱塞泵把机械能转换成液 压能，通过液压系统把液压能分配到各执行元件（液压油缸、回转马达+减速机、行走马达 +减速机），由各执行元件再把液压能转化为机械能，实现工作装置的运动、回转平台的回 转运动、整机的行走运动。 二、挖掘机动力系统 1、挖掘机动力传输路线如下 １）行走动力传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——中央回转接头——行走马达（液压能转化为机械能）——减速箱——驱动轮——轨链履 带——实现行走 ２）回转运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——回转马达（液压能转化为机械能）——减速箱——回转支承——实现回转 ３）动臂运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——动臂油缸（液压能转化为机械能）——实现动臂运动 ４）斗杆运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——斗杆油缸（液压能转化为机械能）——实现斗杆运动 ５）铲斗运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——铲斗油缸（液压能转化为机械能）——实现铲斗运动
盾构机液压系统原理 液压系统原理 盾构机的绝大部分工作机构主要由液压系统驱动来完成，液压系统可以说是盾构机的心脏，起着非常重要的作用。这些系统按其机构的工作性质可分为： 盾构机液压推进及铰接系统 刀盘切割旋转液压系统 管片拼装机液压系统 管片小车及辅助液压系统 螺旋输送机液压系统 液压油主油箱及冷却过滤系统 同步注浆泵液压系统 超挖刀液压系统 以上8个系统除同步注浆泵液压系统在1号拖车、超挖刀液压系统在盾壳前体为两个独立的系统外，其余6个液压系统都共用一个油箱，并安装在2号拖车上组成一个液压泵站。有的系统还相互有联系。下面就分别介绍一下以上8个液压系统的作用及工作原理。 (一)盾构机液压推进及铰接系统 盾构机液压推进 盾构机液压推进系统的组成 盾构机液压推进系统由液压泵站，调速、调压机构，换向控制阀组及推进油缸组成，30个油缸分20组均布的安装在盾构中体内圆壁上（见图），并分为上、下、左、右四个可调整液压压力的区域，为盾构机前进提供推进力、推进速度，通过调整四个区域的压力差来实现盾构机的转弯调向及 纠偏功能。铰接系统的主要作用是减小盾构机转弯或纠偏时的曲率半径上的直线段，从而减少盾尾与管片、盾体与围岩间的摩擦阻力。 推进系统液压泵站： 推进系统的液压泵站是由一恒压变量泵（1P001）和一定量泵（1P002）组成的双联泵，功率为75KW，恒压变量泵为盾构的前进提供恒定的动力。恒压泵的压力可通过油泵上的电液比例溢流阀（A300）调整，流量在 0-q max范围内变化时，调整后的泵供油压力保持恒定。恒压式变量泵常用于阀控系统的恒压油源以避免溢流损失。 由恒压变量泵输出的高压油分别送达A、B、C、D四组并联的推进方向控制阀组，经过阀组的流量、压力调整和换向后再去控制推进油缸，从而使推进油缸的推进速度、推力大小及方向得到准确控制。因每组油缸的控制原理都一样，下面就以B组中的第一个油缸控制为例，介绍其作用和工作原理。 油泵输出的高压油经高压管路由B组的P口进入，一路径F1（过滤）→A111（流量调整）→A101（压力调整）→经电液换向阀进入推进油缸。缸的快进快退，提高工作效率。A783控制的插装阀。A403为推进油缸底端预卸荷阀。阀组中还有液控单向阀、载荷溢流阀，以及A256压力传感器和油缸行程传感器。四组阀组中的电液换向阀的液控油由定量泵（1P002）经减压阀（1V034）提供。 铰接装置工作模式分三种：
1 盾构机的工作原理 1．1盾构机的掘进 液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 1．2掘进中控制排土量与排土速度 当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 1．3管片拼装 盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。 2 盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用 盾构机的最大直径为6．28m，总长65m，其中盾体长8．5m，后配套设备长56．5m，总重量约406t，总配置功率1 577kW，最大掘进扭矩5 300kN·m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾休、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 2.1盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体，其外径是6．25m。 前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。 前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力，这30个千斤顶按上下左右被分成A、B、c、D四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。 中盾的后边是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接可以使盾构机易于转向。
液压挖掘机液压系统介绍 newmaker 按照挖掘机工作装置和各个机构的传动 要求，把各种液压元件用管路有机地连 接起来的组合体，称为挖掘机的液压系统。其功能是，以油液为工作介质，利用液压泵将发动机的机械能转变为液压能并进行传送，然后通过液压缸和液压马达等将液压能转返为机械能，实现挖掘机的各种动作。 基本要求 液压挖掘机的动作复杂，凡要机构经常启动、制动、换向、负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外作业，温度和地理位置变化大，因此根据挖掘机的工作特点和环境特点，液压系统应满足如下要求： 1）要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以互相配合实现复合动作。2）工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能作复合动作，以提高挖掘机的生产率。3）履带式挖掘机的左、右履带分别驱动，使挖掘机行走方便、转向灵活，并且可就地转向，以提高挖掘机的灵活性。 4）保证挖掘机的一切动作可逆，且无级变速。 5）保证挖掘机工作安全可靠，且各执行元件（液压缸、液压马达等）有良好的过载保护；回转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而快带下降和整机超速溜坡。 为此，液压系统应做到： 1）有高的传动效率，以充分发挥发动机的动力性和燃料使用经济性。 2）液压系统和液压元件在负载变化大、急剧的振动冲击作用下，具有足够的可靠性。 3）调协轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时液压油温不超过80度，或温升不超过45度。 4）由于挖掘机作业现场尘土多，液压油容易被污染，因此液压系统的密封性能要好，液压元件对油液污染的敏感性低，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。 5）采用液压或电液伺服操纵装置，以便挖掘机设置自动控制系统，进而提高挖掘机技术性能和减轻驾驶员的劳动强度。
盾构机构造及工作原理简介(一) 伴随着2012年我司在新行业拓展上的力度不断加大，轨道交通这个名词也越来越多的出现在公司会议及公告中。而盾构机作为我司进入轨道交通行业的切入点，在我司的发展战略中占据着重要地位。那么盾构机究竟是一种什么样的设备呢？盾构机是如何工作的呢？而我们港迪电气的产品在盾构机这样一个大型设备中又起到了什么作用呢？ 下面，本文会通过盾构机的起源及发展史、盾构机在中国的发展历程、盾构机概述、盾构机的构造及工作原理、盾构机上的电力系统，中国盾构机的现状及发展前景六个方面来介绍盾构机的产生与发展，并逐渐解答上述问题。 一、盾构机的起源和发展史 盾构发明于19世纪初期，首先应用于开挖英国伦敦泰晤士河水底隧道。1818年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)从蛀虫钻孔得到启示，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国取得专利。下图为布鲁诺尔注册专利的盾构。 布鲁诺尔构想的盾构机机械内部结构由不同的单元格组成，每一个单元格可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。采用的方法是将所有的单元格牢靠地装在盾壳上。当时布鲁诺尔设计了两种方法，一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由液压千斤顶借助后靠向前推进；另一种方法是每一个单元格能单独地向
前推进。（第一种方法后来被采用，并得到了推广应用，演变为成熟的盾构法）。此后，布鲁诺尔逐步完善了盾构结构的机械系统，设计成用全断面螺旋式开挖的封闭式盾壳，衬彻紧随其后的方式。 1825年，他第一次在伦敦泰晤土河下开始用一个断面高6.8m、宽11.4m，并由12个邻接的框架组成的矩形盾构修建隧道。如下图，第一台用于隧道施工的盾构机，其每一个框架分成3个舱，每一个舱里有一个工人，共有36个工人。 泰晤士河下的隧道工程施工期间遇到了许多困难，在经历了五次以上的特大洪水后，直到1843年，经过18年施工，才完成了全长458m的第一条盾构法隧道。 1830年，英国的罗德发明“气压法”辅助解决隧道涌水。 1865年，英国的布朗首次采用圆形盾构和铸铁管片，1869年用圆形盾构在泰吾士河下修建外径2.2m的隧道。 1866年，莫尔顿申请“盾构”专利。盾构最初称为小筒(cell)或圆筒(cylinder)，在莫尔顿专利中第一次使用了“盾构” ( shield )这一术语。 1874年，工程师格瑞海德发现在强渗水性的地层中很难用压缩空气支撑隧
挖掘机的工作原理 液压挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成。液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。 液压挖掘机一般由工作装置、回转装置和行走装置三大部分组成。根据其构造和用途可以区分为：履带式、轮胎式、步履式、全液压、半液压、全回转、非全回转、通用型、专用型、铰接式、伸缩臂式等多种类型。 工作装置是直接完成挖掘任务的装置。它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成。动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作用液压缸控制。为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可以配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等多种作业机具。 回转与行走装置是液压挖掘机的机体，转台上部设有动力装置和传动系统。发动机是液压挖掘机的动力源，大多采用柴油要在方便的场地，也可改用电动机。 液压传动系统通过液压泵将发动机的动力传递给液压马达、液压缸等执行元件，推动工作装置动作，从而完成各种作业。 挖掘机液压系统是怎么工作的? 挖掘机有三个部分的液压缸分别是动臂，斗杆，铲斗。有三个液压马达，左右行走和一个回转。这些都由换向阀控制供油。油液从液压泵出来经换向阀分配到以上各执行元件。挖掘机的换向阀大多是液控的就是用一股压力较小的油推动换向阀的阀芯。一般中型挖掘机用的是三联泵，两个大泵提供工作所需要的压力，一个小齿轮泵给控制油路供油。控制油通过手柄下边的控制阀调节主油路换向阀阀芯的位置从而实现动臂斗杆和铲斗油缸的伸缩。以及液压马达的转与停以及转动方向。主油路设溢流阀，压力超过限定值就会打开，油液直接回油箱。所以系统压力始终保持在一定范围内。同样道理在各油缸的支路也设溢流阀，实现二次调定压力。不光是挖掘机，任何液压系统工作原理都是油箱中油液-泵-控制元件-执行元件-油箱。液控比例阀换向阀的作用和液控比例阀换向阀串联的先导阀是什么作用 传统换向阀的进出油口控制通过一根阀芯来进行，两油口听开口对应关系早在阀芯设计加工时已确定，在使用过程中不可能修改，从而使得通过两油口的流量或压力不能进行独立控制，互不影响。 随着微处理控制器、传感器元件成本的下降，控制技术的不断完善，使得双阀芯控制技术在工程机械领域得以应用。英国Utronics公司利用自己的技术及专利优势研制出双阀芯多路换向阀，已广泛应用于JCB、Deere、DAWOO、CASE等公司的挖掘机、*车、装载机及挖掘装载机等产品上。为适应中国工程机械产品对液压系统功能要求。稳定性以及自动化控制程度的不断提高，Utronics公司产品适时进入中国市场，现已初步完成厦工（5t）装载机、詹阳（8t）挖掘机样机调试并进入试验阶段。 1、传统单阀芯换向阀的缺陷 传统的单阀芯换向阀所组成的液压系统难以合理解决好以下功能和控制之间存在的矛盾：（1）液压系统设计时为提高系统稳定性，减少负载变化对速度的影响，要么牺牲部分我们想实现的功能，要么增加额外的液压元件，如调速阀、压力控制阀等，通过增加阻尼，提高系统速度刚度来提高系统的稳定性。但是这样元件的增加又会降低效率，浪费能源；还会使得整个系统的可*性降低、增加成本。 （2）由于换向结构的特殊性，使得用户在实现某一功能时必须购买相应的液压元件，再加上工程机械厂家会根据不同最终用户要求设计出相应的功能，这样会造成生产厂家采购同类、多规格的液压控制元件来满足不同功能要求的需要，不利于产品通用化及产品管理，同时会大大提高产品成本。
上海吉原公司培训讲稿 盾构机液压系统原理 一.液压系统原理 盾构机的绝大部分工作机构主要由液压系统驱动来完成，液压系统可以说是盾构机的心脏，起着非常重要的作用。这些系统按其机构的工作性质可分为： 1. 盾构机液压推进及铰接系统 2. 刀盘切割旋转液压系统 3. 管片拼装机液压系统 4. 管片小车及辅助液压系统 5. 螺旋输送机液压系统 6. 液压油主油箱及冷却过滤系统 7. 同步注浆泵液压系统 8. 超挖刀液压系统 以上8个系统除同步注浆泵液压系统在1号拖车、超挖刀液压系统在盾壳前体为两个独立的系统外，其余6个液压系统都共用一个油箱，并安装在2号拖车上组成一个液压泵站。有的系统还相互有联系。下面就分别介绍一下以上8个液压系统的作用及工作原理。 (一)盾构机液压推进及铰接系统 1. 盾构机液压推进 （1）盾构机液压推进系统的组成 盾构机液压推进系统由液压泵站，调速、调压机构，换向控制阀组及推进油缸组成，30个油缸分20组均布的安装在盾构中体内圆壁上（见图），并分为上、下、左、右四个可调整液压压力的区域，为盾构机前进提供推进力、推进速度，通过调整四个区域的压力差来实现盾构机的 - 1 - 上海吉原公司培训讲稿 转弯调向及
径半的曲率转机弯或纠偏时接系统的主要作用是减小盾构能纠偏功。铰。阻力间围岩的摩擦减少盾尾与管片、盾体与，上的直线段从而：泵站进系统液压（2）
推泵定量1P001）和一一是由恒压变量泵（统推进系的液压泵站提进构的前量恒压变泵为盾功）（1P002组成的双联泵，率为75KW，）（A300例比溢流阀过力可通油泵上的电液压恒的供恒定动力。压泵的。恒恒持定供油压力保的时围0-q整调，流量在范内变化，调整后泵xma压油源以避免溢恒统控于常量式压变泵用阀系的流损失。 - 2 - 上海吉原公司培训讲稿 进推联的D四组并别送达A、B、C、输由恒压变量泵出的高压油分，油缸控制推进调整和换向后再去过方向控制阀组，经阀组的流量、压力油每组控制。因及
盾构机液压系统原理 一?液压系统原理 盾构机的绝大部分工作机构主要由液压系统驱动来完成，液压系统可以说是盾构机的心脏，起着非常重要的作用。这些系统按其机构的工作性质可分为： 1?盾构机液压推进及钱接系统 2.刀盘切割旋转液压系统 3.管片拼装机液压系统 4.管片小车及辅助液压系统 5.螺旋输送机液压系统 6.液压油主油箱及冷却过滤系统 7.同步注浆泵液压系统 8.超挖刀液压系统 以上8个系统除同步注浆泵液压系统在1号拖车、超挖刀液压系统在盾壳前体为两个独立的系统外，其余6个液压系统都共用一个油箱，并安装在2号拖车上组成一个液压泵站。有的系统还相互有联系。下面就分别介绍一下以上8个液压系统的作用及工作原理。 （…）盾构机液压推进及较接系统 1?盾构机液压推进 （1）盾构机液压推进系统的组成 盾构机液压推进系统由液压泵站，调速、调压机构，换向控制阀组及推进油缸组成，30 个油缸分20组均布的安装在盾构中体内壁上（见图），并分为上、下、左、右四个可调整液 压压力的区域，为盾构机前进提供推进力、推进速度，通过调整四个区域的压力差来实现盾构机的转弯调向及纠偏功能。较接系统的主要作用是减小盾构机转弯或纠偏时的曲率半径上的直线段，从而减少盾尾与管片、盾体与围岩间的摩擦阻力。
(2 )推进系统液压泵站: 推进系统的液压泵站是由一恒压变量泵(IPOol )和一定量泵(1 P002 )组成的双联泵， 功率为 75KW ，恒压变量泵为盾构的前进提供恒定的动力。恒压泵的压力可通过油泵上的电液比 例溢流阀(A300 )调整，流量在0-qmax 范围 内变化时，调整后的泵供油压力保持恒定。恒压式 变量泵常用于阀 控系统的恒压油源以避免溢流损失。 由恒压变量泵输出的高压油分别送达A 、B 、C 、D 四组并联的推进方向控制阀组，经过阀 组的流量、压力调整和换向后再去控制推进油缸，从而使推进油缸的推进速度、推力大小及方向 得到准确控制。因每组油缸的控制原理都一样，下面就以B 组中的第一个油缸控制为例，介绍其 作用和工作原理。 油泵输出的高压油经高压管路由B 组的P 口进入，一路径FI (过滤)?A111 (流量调整) -Alol (压力调整)一经电液换向阀进入推进油缸。缸的 快进快退，提高工作效率。A783控制 的插装阀。A403为推进油缸底端预卸荷阀。阀组中还有液控单向阀、载荷溢流阀，以及A256压 力传感器和油缸行程 传感器。四组阀组中的电液换向阀的液控油由定量泵(1P002 )经减压阀 (1V034 )提供。 2.钱接装置工作模式分三种： 钱接装置的动力来源于推进系统的液压泵站中的定量泵(1 P002 )，钱接装 动模式)，该模式下(Ho01、H002 )都不得电截止。钱接油缸有杆腔的油被封闭，油量保持 不变，被封闭的油在所有相互并联的有杆腔内互相补偿，直线推进时保持钱接间隙，转弯时处于 浮动 置的加载和卸载由(A349 )两位两电液 阀控制。 ⑴钱接回收(PULL 或RETRACTION ) 模式(减小较接间 隙)，定量泵输送来的 高压油从阀 (2COOI) P 口进入，此时(HOOI)得电 截止，(HOO2 )得电导通，高油进入较接 油缸的有杆 腔使較接 缸回收。 (2)钱接保持(HOLD 或FREE )模式(浮 T- ! ∏ H^i —J — M ? ?∣ ? IZOOS I ① 1V034 快 不 压 油
一、主液压回路系统的构成 日立挖掘机主液压回路系统是由主液压系统和先导回路系统构成。主液压回路将泵的液压油供给各操作机能的促动器。 二、先导回路液压操作系统的组成 液压系统是由发动机、主泵、先导泵、控制阀各1台和四个液压缸、1台旋转马达及2台行走马达组合而成、泵通过输入轴由发动机所驱动。主泵的液压油通过控制阀流到各促动器。先导泵的液压油流入先导回路内。 三、主回路 1、主液压回路 主液压回路系由吸引回路、输出回路、回油路及牌友回路所构成。液压系统由主泵、控制阀、行走马达各一台及四个液压缸。 主泵是斜轴式排量可变型轴向活塞泵，是由发动机驱动的（发动机转速比为1.0） 2、吸引回路和输出回路 泵通过吸引滤油器吸引液压油箱的油，油从泵流入控制阀，然后由油箱口放出，主泵放出的油通过控制阀流至各促动器。 控制阀控制各种液压机能，从各促动器流出的回油通过控制阀和液压油冷却器流回液压油箱。 3、回油路 每个促动器放出的油全部通过控制阀流回液压油箱内。回油路内有旁道单向阀，其设定压力分别为9.8×10^4pa及4×9.8×10^4pa。通常回油通过液压油冷却器及左侧控制阀流回液压油箱， 油温低时，粘度变高，通过油冷却器时的阻力也随着增大。 油压超过9.8×10^4pa时，回油直接流回液压油箱，可在短时间内把油温提高到适当的高度。 油冷却器被阻塞时，回油通过旁道单向阀直接流回液压油箱。 旁道单向阀被阻塞时设在冷却器和液压油箱之间，其设定压力为4×9.8×10^4pa。 液压箱内设有直流式滤油器，从左右两侧的控制阀流出的油合流后经直流式滤油器过滤，直流式滤油器内有旁道安全阀。当滤芯阻塞使差压达9.8×10^4pa时，旁道安全阀就打开，油直接流回液压油箱。 4、排油回路 马达及刹车阀等内部漏的油以及润滑油回路内的油，全部都积蓄起来，经过排油回路流回操作油箱。 5、行走马达排油回路 左右两行走马达漏的油由各个马达壳的排油口排出，合流后通过中心接头，经过直流式滤油器流回液压油箱。 6、旋转马达排油回路 旋转马达漏的油排出后，与行走回路排出的油一起通过直流式滤油器流回液压油箱。 7、输出压控制 控制阀内的卸载安全阀控制泵的输出压力保持一定。全部操作均在330×9.8×10^4Pa设定压力操作。 在挖掘操作时，设定压力变为370×9.8×10^4Pa。 狼涌截止安全阀把高压油释放到液压油箱内，以免油压系统及发动机承受过负荷。 8、先导回路 先导回路是由吸引、出油回路构成的。先导系统有先导泵、换冲阀、保险阀、2个高速电
液压系统说明目录 一、液压系统的基本元件 二、盾构机液压系统说明
一、液压系统元件 1液压泵 液压泵是液压系统的动力元件，按结构可以分为柱塞泵、齿轮泵、叶片泵，按排量可以分为定量泵、变量 泵，按输出出口方向又可以分为单向泵、双向泵。 泵都是由电动机或其他原动机带动旋转，通过这种往复的旋转将油不断地输送到管路中，通过各种阀的作 用，控制着执行元件的运行。 在大连地铁盾构机中，螺旋输送机使用一个双向变量泵和一个定量泵，推进系统中使用一个大排量的单向 变量泵，管片安装机种使用两个单向变量泵，注浆系统 中使用一个单向变量泵，辅助系统使用一个单向变量泵。
a.定量齿轮泵 注：右侧油液进入泵内，齿轮旋转带动油液从左侧出口流出，排量是一定的
c.定量叶片泵 注：转子转动，带动叶片推动油液1、2进油，3、4出油，排量一定 d.斜盘式柱塞泵 注：斜盘由联轴器带动转动，往复吸油、压油，斜盘角度是可以调控的
2液压阀 液压阀根据作用可以分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。 压力控制阀可以控制液压回路的压力，如当液压回路中压力过大时，溢流阀或卸荷阀打开泄压。 流量控制阀可以控制液压回路中的流量大小，根据流量的不同可以控制执行元件的速度。 方向控制阀主要控制液压回路中液压油的流动方向，由此可以改变液压油缸的伸缩。 各种阀一般安装在靠近泵的油液管路中，相对来说比较集中，便于检查和维修。 a.单向阀 注：油液从P1口进入，克服弹簧力推开单向阀的阀芯，经孔隙从p2 口流出，油液只能从p1流向p2
b.溢流阀 注：油从压力口进入，通过阻尼孔进入后腔，克服弹簧压力，推开阀芯，油液 从溢流口
隧道盾构机液压系统工作原理 一.液压系统原理 盾构机的绝大部分工作机构主要由液压系统驱动来完成，液压系统可以说是盾构机的心脏，起着非常重要的作用。这些系统按其机构的工作性质可分为： 1.盾构机液压推进及铰接系统 2.刀盘切割旋转液压系统 3.管片拼装机液压系统 4.管片小车及辅助液压系统 5.螺旋输送机液压系统 6.液压油主油箱及冷却过滤系统 7.同步注浆泵液压系统 8.超挖刀液压系统 以上8个系统除同步注浆泵液压系统在1号拖车、超挖刀液压系统在盾壳前体为两个独立的系统外，其余6个液压系统都共用一个油箱，并安装在2号拖车上组成一个液压泵站。有的系统还相互有联系。下面就分别介绍一下以上8个液压系统的作用及工作原理。 （一）盾构机液压推进及铰接系统 1. 盾构机液压推进 （1）盾构机液压推进系统的组成 盾构机液压推进系统由液压泵站，调速、调压机构，换向控制阀组及推进油缸组成，30个油缸分20组均布的安装在盾构中体内圆壁上（见图），并分为上、下、左、右四个可调整液压压力的区域，为盾构机前进提供推进力、推进速度，通过调整四个区域的压力差来实现盾构机的
转弯调向及 1A030U001 lAOie 1A015 纠偏功能。铰接系统的主要作用是减小盾构机转弯或纠偏时的曲率半径上的直线段，从而减少盾尾与管片、盾体与围岩间的摩擦阻力。 （2）推进系统液压泵站： 推进系统的液压泵站是由一恒压变量泵（1P001）和一定量泵（1P002）组成的双联泵，功率为75KW,恒压变量泵为盾构的前进提供恒定的动力。恒压泵的压力可通过油泵上的电液比例溢流阀（A300 ）调整，流量在0-q max范围内变化时，调整后的泵供油压力保持恒定。恒压式变量泵常用于阀控系统的恒压油源以避免溢流损失。
目录 绪论----------------------------------------3 1.1现代液压技术的发展状况---------------4 1.2液压传动的研究对象-------------------4 1.3液压传动的组成-----------------------4 1.4液压传动的优缺点---------------------5 1.3.1液压传动的主要优点------------------5 1.3.2 液压传动的主要缺点------------------5 1.5液压技术的发展应用-------------------6 1.4.1、液压传动在各类机械中的应用---------6 1.4.2、液压传动技术的发展概况-------------7 第1章挖掘机的液压系统----------------------8 2.1挖掘机的工作循环及对液压系统的要求-----8 2.2 WY—100挖掘机液压系统的工作原理-------9 第3章液压系统的设计-----------------------12 3.1明确设计要求进行工况分析---------------12 3.2确定液压系统的主要参数-----------------13 3.2.1液压缸的载荷组成计算-----------------13 3.2.2液压马达的负载-----------------------15 3.3计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排 ---------------------------------------15 3.3.1液压缸的设计计算---------------------15 3.3.2液压马达的设计计算-------------------16 3.4液压泵的确定与所需功率的计算-----------17 3.4.1液压泵的确定-------------------------17 3.4.2 选择液压泵的规格--------------------18 3.5阀类元件的选择-------------------------18 3.5.1.选择依据----------------------------18