盾構(gòu)機(jī)的液壓系統(tǒng)工作原理
盾構(gòu)機(jī)工況復(fù)雜，地質(zhì)條件差異很大。刀盤(pán)是盾構(gòu)挖掘土層的關(guān)鍵部件，盾構(gòu)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)具有功率大、轉(zhuǎn)矩變化大和轉(zhuǎn)速范圍廣等特點(diǎn)。
泵控馬達(dá)調(diào)速回路具有很高的效率和速度剛度，采用多個(gè)大流量變量泵并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多個(gè)高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)，再通過(guò)減速機(jī)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)是目前較為先進(jìn)的控制方式。其特點(diǎn)是系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單、安全可靠，負(fù)載變化對(duì)刀盤(pán)轉(zhuǎn)速影響小。采用HD型液控比例變量泵，通過(guò)1個(gè)控制模塊進(jìn)行集中控制，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的比例控制、恒功率控制和不同工作模式下的安全壓力控制。通過(guò)這個(gè)控制模塊可實(shí)現(xiàn)多泵、多馬達(dá)的同時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)安全壓力的同時(shí)設(shè)定，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，可靠性高。
圖16所示液壓系統(tǒng)是應(yīng)用在某地鐵隧道施工的盾構(gòu)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)。
整個(gè)液壓系統(tǒng)由3個(gè)回路組成，包括主驅(qū)動(dòng)回路、補(bǔ)油回路和液壓控制回路。主驅(qū)動(dòng)回路是閉式回路，由兩臺(tái)比例變量泵(HD型，最大排量750mL/r)驅(qū)動(dòng)8臺(tái)變量馬達(dá)(兩點(diǎn)液控型，最大排量500mL/r，高速擋排量300mL/r)。液壓控制模塊9提供控制油，實(shí)現(xiàn)主驅(qū)動(dòng)泵排量的比例控制和恒功率控制以及液壓馬達(dá)排量的控制。調(diào)速閥10和減壓閥11調(diào)節(jié)進(jìn)入馬達(dá)的控制油流量和壓力，換向閥12實(shí)現(xiàn)馬達(dá)排量的兩擋控制。蓄能器4用于減少補(bǔ)油油路的壓力脈動(dòng)，溢流閥5設(shè)定補(bǔ)油及主驅(qū)動(dòng)泵的換油壓力。
液壓控制模塊9有3個(gè)功能：①通過(guò)比例溢流閥調(diào)節(jié)主驅(qū)動(dòng)泵的排量；②通過(guò)順序閥和溢流閥設(shè)定系統(tǒng)的最大工作壓力；③通過(guò)功率限制閥實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中兩個(gè)變量泵的恒功率控制，即在反饋系統(tǒng)壓力作用下，調(diào)節(jié)主驅(qū)動(dòng)泵的排量，使刀盤(pán)轉(zhuǎn)速降低，同時(shí)還能降低系統(tǒng)壓力，減小刀盤(pán)承受的轉(zhuǎn)矩。模塊選用Rexroth公司的LV06型功率限制閥，如圖17所示。這個(gè)功率限制閥由1個(gè)直動(dòng)溢流閥和階梯閥心1組成，階梯閥心兩端分別是閥口開(kāi)度控制彈簧2和組合調(diào)節(jié)彈簧3，調(diào)節(jié)彈簧抵抗作用在階梯閥心上的液壓力。控制口Pst與主驅(qū)動(dòng)泵的先導(dǎo)控制油口相連接，高壓口Phd通過(guò)梭閥與主回路相連接。如果系統(tǒng)壓力超過(guò)功率限制閥的設(shè)定壓力，階梯閥心向右運(yùn)動(dòng)壓縮調(diào)節(jié)彈簧，減小了閥口開(kāi)度控制彈簧上的壓力，閥口溢流，減小控制壓力，使主驅(qū)動(dòng)泵保持恒功率輸出。
為使控制回路壓力穩(wěn)定，圖16中先導(dǎo)液壓泵8即控制油變量泵選用了恒壓螺桿泵，回路中采用了調(diào)速閥和減壓閥。