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72现代制造技术与装备2019第10期总第275期

浅析盾构机液压系统

李树茂武强邱健

（济南重工集团有限公司，济南250109）

摘要：盾构机全名盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，目前已经广泛应用在各大城市的地

铁施工中。现代盾构机集光、机、电、液、伺服控制及信息传输等技术于一体，具有切屑岩土、自动换刀、渣土

改良输送、管片吊装拼接、隧道衬砌、激光导向和姿态调整等功能，涉及地质、土木、测量、力学、化学、机械、

液压流体、电气、控制以及气体检测等学科领域，在众多学科中液压传动与控制在盾构施工中发挥着极其重要的

作用，所以有必要对液压系统进行分析，减少故障发生，确保盾构机可以高效地完成施工任务。

关键词：盾构机液压系统力学设计

1盾构机基本概述这种多路阀可以控制管片机旋转及管片伸缩实现六个自由

盾构的工作原理如下：变频电机（液驱为液压马达）度无级调速，极大地方便了操作手将管片可靠、平稳、高

加减速机驱动刀盘旋转，刀盘切削开挖面的岩石和泥土，效地放置在准确位置。管片机移动和抓取头抓取、旋转、

切碎岩石块和泥水落到土仓底部，然后通过螺旋输送机运倾斜等动作由各阀组控制实现管片角度和位置初调。

到皮带机上，再被输送到渣车上.盾构机在推进油缸反作用

力下向前推进；盾壳承受周围土层土压、地下水水压，对

挖掘出的还未衬砌的隧道起临时支护作用；在盾壳支撑下，

管片拼装机拼装管片，注浆系统注入砂浆固定管片实现隧

道成形。

在整个盾构施工中，液压传动不同于机械传功和电力

拖动，它以液体为工作介质，通过驱动装置将原动机的机

械能转化为液压的压力能;然后通过管道、液压控制阀及调

节装置等部件，借助执行装置将液体压力能转化为机械能，

驱动负载做直线移动或回转运动。随着电子技术、信息技

术和现代控制理论发展，液压传动与微电子技术结合越来

越紧密，电液比例及伺服控制高精度、高频响、高效率的

优势在各种盾构施工中已经发挥出重要作用。

2盾构机液压系统组成

2.1推进液压系统

推进液压系统动力单元由1台电子控制变量柱塞泵和图1推进液压系统简图

1台恒功率控制柱塞泵提供，通过高压过滤器、控制阀组、2.3螺旋输送机液压系统

高压胶管连接推进油缸。推进过程分拼装和推进两种模式：螺旋输送机液压系统为典型的闭式系统，由于系统功

在拼装模式中，22条推进油缸分组单独动作，实现管片的率大内部发热升温迅速，其内部集成了一套补油回路，一

拼装工序；在推进模式中22条油缸同时动作，推进速度由方面带走系统中大量热量；另一方面对系统进行补油。补

阀组上面的比例减压阀控制。恒功率控制泵为推进阀组和油泵从油箱吸油经过滤器并通过两个单向阀分别对闭式回

螺旋输送机系统马达高低速控制阀块提供控制油，为推进路两个油口的低压端进行补油，然后主泵的高压端为螺机

系统和螺旋输送机马达平稳运行提供保障，如图1所示。马达提供高压油。螺机脱困即马达过载后，多余压力油可

2.2管片拼装机液压系统以通过平衡阀回到油箱，从而对马达起到保护作用。从马

管片拼装机液压系统动力单元由1台恒功率控制双联达返回的携带热量的低压油又回到主泵，一部分经节流阀

柱塞泵提供，通过高压过滤器、负载敏感比例多路阀、控流回油箱进行冷却；一部分又进入主泵的高压端。主回路

制阀组一方面与马达连接，马达通过减速机驱动管片机旋由主泵和液压马达组成，主泵为双向比例变量泵，在主泵

转机构实现200±10°双向旋转；另一方面通过液压缸驱动主回路中有溢流阀、补油单向阀和低压排放阀；主泵的控

提升机构实现管片提升