盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)電液控制原理探究

1、精品文檔海瑞克盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)電液控制原理探究海瑞克盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)液壓閥組眾多，電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜，PLC連鎖條件繁瑣。加之現(xiàn)場維保人員對其工作原理認(rèn)知不深，控制思路理解不透，無法將液壓、電氣及PLC控制有效融合，導(dǎo)致故障排查時間久效率低。為此，現(xiàn)以海瑞克S465盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)為例，結(jié)合液壓、電氣圖紙及PLC控制程序詳細(xì)闡述推進(jìn)系統(tǒng)的電液控制原理，為快速排查液壓電氣故障提供理論依據(jù)。另外，為方便探究原理，特將推進(jìn)系統(tǒng)電磁閥、傳感器、電位器在電路液壓圖、PLC中的標(biāo)簽及功效列表呈現(xiàn)。一、操作原理上圖為推進(jìn)系統(tǒng)的操作面板，面板上包括兩種工作模式按鈕，15-6S4按鈕為正常掘進(jìn)模式，15-6S7按鈕為管

2、片拼裝模式，紅色按鈕15-6S2為停止操作按鈕。在正常推進(jìn)時，按一下15-6S4按鈕，調(diào)節(jié)四組油缸的壓力調(diào)節(jié)電位器，直到理想的壓力值，然后調(diào)節(jié)速度電位器15-11R6，速度電位計控制所有四組油缸的比例閥開口相同；當(dāng)需要調(diào)節(jié)某一組油缸的速度時，就根據(jù)需要調(diào)節(jié)改組油缸的推進(jìn)壓力電位器(A組15-27R5、B組15-45R5、C組15-63R5、D組15-82R5)。需要整體增加推進(jìn)速度時，需要調(diào)節(jié)速度旋鈕15-45R5，當(dāng)調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)按鈕不能滿足掘進(jìn)速度要求時，需要對各組壓力提高。當(dāng)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)調(diào)整時，通過調(diào)節(jié)各組油缸的壓力調(diào)節(jié)旋鈕使盾構(gòu)沿設(shè)計曲線掘進(jìn)。每組油缸中都設(shè)有位移傳感器，顯示每組油缸

3、的行程。二、推進(jìn)系統(tǒng)速度、壓力調(diào)節(jié)的電液控制原理1、基礎(chǔ)設(shè)計為實現(xiàn)推進(jìn)及拼裝功能，海瑞克盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)需具備以下能力：推進(jìn)閥組滿足推進(jìn)速度的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)方向調(diào)節(jié)、可遠(yuǎn)程連續(xù)調(diào)整推進(jìn)方向及推進(jìn)速度，能夠?qū)崿F(xiàn)推進(jìn)油缸的快速回退。（1）推進(jìn)速度控制§ 推進(jìn)系統(tǒng)的自動控制模式在自動控制的模式下工作，PLC可以根據(jù)已建立的推進(jìn)壓力解算出當(dāng)前在所處的地質(zhì)狀況下的推進(jìn)速度，因為推進(jìn)速度是由推進(jìn)壓力所決定的，在一定的推進(jìn)速度下所需的最小工作流量是可以確定的，進(jìn)而建立比例流量閥的合適開口，以提供合適的流量，進(jìn) 一步，根據(jù)比例流量閥的最小工作壓差（可知的不變量），可以解算出泵出口的最小壓力，從而使系統(tǒng)

4、工作在最佳的效率點上。（2）推進(jìn)方向控制§ 每組油缸的三位四通換向閥均處在推進(jìn)工作位置，插裝換向閥處于關(guān)閉位置，遠(yuǎn)程比例壓力閥根據(jù)操作人員的調(diào)節(jié)建立推進(jìn)壓力，推進(jìn)壓力經(jīng)壓力傳感器檢測反饋到PLC，推進(jìn)方向控制是在四組控制模塊所建立的控制壓力大小不同，且產(chǎn)生的合成推力偏離盾體中心線時，將產(chǎn)生轉(zhuǎn)彎扭矩，迫使盾體轉(zhuǎn)彎。（3）推進(jìn)缸的快速退回控制在快退時，所選油缸的換向閥處于向油缸 有桿腔供油的位置，進(jìn)油路上的插裝閥接通，采用大流量供油，實現(xiàn)快速返回，油缸無桿腔的回油經(jīng)插裝閥流回油箱。2、控制原理推進(jìn)系統(tǒng)分為兩種工作模式，掘進(jìn)模式和管片拼裝模式。合起來為一個工作循環(huán)，按先后順序分解為五個步驟

5、：推進(jìn)（掘進(jìn)模式）、保壓、卸荷、快收（管片拼裝模式）、快伸（管片拼裝模式）。這兩種模式五個步驟通過改變不同閥的工作來實現(xiàn)不同的功能。推進(jìn)泵采用遠(yuǎn)程壓力控制柱塞泵，由比例溢流閥控制出口壓力，泵出口裝有兩級安全閥及壓力傳感器。推進(jìn)系統(tǒng)的自動控制模式在自動控制的模式下工作，PLC可以根據(jù)已建立的推進(jìn)壓力解算出推進(jìn)速度（在所處的地質(zhì)狀況下），在一定的推進(jìn)速度下所需要的最小工作流量是可以確定的，進(jìn)而建立比例流量閥的合適開口，以提供合適的流量，進(jìn)一步，根據(jù)比例流量閥的最小工作壓差（可知的不變量），可以解算出泵出口的最小壓力，從而使系統(tǒng)工作在最佳的效率點上。為此海瑞克將控制算法設(shè)計為推進(jìn)泵先導(dǎo)控制比例溢流閥

6、的壓力根據(jù)泵出口壓力P泵和推進(jìn)油缸壓力傳感器的顯示壓力Pmax（四組油缸A、B、C、D中最大的一組）加20bar通過PLC進(jìn)行PID控制自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍是0-350bar；通過程序中的PID控制使泵建立一種動態(tài)平衡就是 P泵=Pmax+20。在管片拼裝模式下，壓力是通過人機(jī)界面輸入?yún)?shù)值 （一般為50-100bar），然后通過PLC控制溢流閥的溢流壓力，來控制泵的出口壓力與設(shè)置值相符。下面以A組18#油缸為例結(jié)合電液控制原理圖、液壓圖、電路圖和PLC程序詳細(xì)闡述其工作原理。電液控制原理圖A組壓力調(diào)節(jié)電位器【15-27R5】是一個滑動電阻，加載0-10V直流電。當(dāng)從小擰到大時，電阻從大變到小，

7、電壓從0-10V平滑過渡,該電壓作為一個模擬量輸入【pew534】到PlC參與運(yùn)算，運(yùn)算完畢后輸出【paw522】一個0-10V的電壓信號，該電壓信號做放大器的輸入變量，放大器運(yùn)算后輸出一個230-530ma的電流信號，這個大電流直接連接到比例閥的電磁鐵上用于改變磁通量，電流越大磁通越大。如果是溢流閥，電流大則溢流壓力高，通過油缸的油壓就越大；如果是調(diào)速閥，電流越大則節(jié)流孔開口越大，流量越大，速度越快。這就是旋轉(zhuǎn)旋鈕，速度和壓力能夠跟著變化的根本原因?，F(xiàn)在按照盾構(gòu)機(jī)施工流程按先后順序分五個步驟詳細(xì)闡述推進(jìn)系統(tǒng)工作原理：1、推進(jìn)：正常掘進(jìn)的情況，電液換向閥右端(A174)15-21Y4得電，此時

8、電磁換向閥(A120)15-25Y3、電磁換向閥(A789)15-90Y3和電磁球閥(A418)15-88Y3失電,壓力油由泵的出口經(jīng)單向閥、球閥、濾清器、比例調(diào)速閥(A110)15-28Y2、三位四通電磁閥右位(A174)15-21Y4進(jìn)入推進(jìn)缸無桿腔，回油經(jīng)三位四通電磁閥流回油箱，油缸向前推進(jìn)。此時推進(jìn)壓力由比例溢流閥(A100)15-28Y4進(jìn)行控制，推進(jìn)速度由比例調(diào)速閥15-28Y2(A110)進(jìn)行控制。液壓原理圖18#油缸推進(jìn)電路控制圖18#油缸換向電路控制圖A組推進(jìn)速度壓力調(diào)節(jié)PLC控制梯形圖18#油缸伸縮2、保壓：當(dāng)按下停止按鈕時所有電磁鐵斷電，電液換向閥回到中位，液控單向閥V4

9、使高壓油無法回流，起到保壓作用。 液壓原理圖18#油缸保壓3、卸荷：在完成一個推進(jìn)工序后緊接著便是管片拼裝模式下的油缸快收。在回收前先讓卸荷閥A418（15-88Y3，對應(yīng)PLC程序數(shù)字量輸出點Q15.5）先得電1S鐘，使得油缸無桿腔的高壓得以釋放，避免對換向閥閥芯產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊。該步驟PLC控制圖同步驟1推進(jìn)。液壓原理圖18#油缸卸荷電路控制圖18#油缸卸荷4、快收：在主機(jī)室的控制面板上，將推進(jìn)控制切換到管片拼裝模式，此時插裝閥A120(15-25Y3)得電；比例溢流閥A100(15-28Y4)得電（溢流壓力最大），此時的溢流壓力為最大值；比例調(diào)速閥A100(15-28Y2)得電，流量為最大；

10、收油缸時，三位四通電液換向閥Y2閥頭A174(15-21Y4)得電，這時卸荷閥A418(15-88Y3)得電，1秒后插裝閥A798(15-90Y3)得電，壓力油經(jīng)過插裝閥A120(15-25Y3)、電液換向閥A174(15-21Y4)進(jìn)入有桿腔，無桿腔壓力油先經(jīng)過電磁球閥A418(15-88Y3)卸荷，然后主要經(jīng)過插裝閥A798(15-90Y3)回回油管。這樣設(shè)計的目的是管片拼裝模式下推進(jìn)油缸不再承受極大負(fù)載，系統(tǒng)對壓力沒有專項要求，追求的是油缸的快速回收以便縮減油缸回收時間提高拼裝效率。下面列舉液壓電氣原理圖及PLC控制原理圖，詳細(xì)闡述管片拼裝模式下的油缸快收。液壓原理圖18#油缸快收電路控

11、制圖18#油缸快收時進(jìn)油路插裝閥電路控制圖18#油缸快收時進(jìn)油路插裝閥PLC控制梯形圖A組油缸快速伸縮插裝閥5、快伸：在管片拼裝模式下伸油缸時，三位四通電液換向閥Y1端A175(15-21Y2)得電，這時卸荷閥A418(15-88Y3)、插裝閥A798(15-90Y3)不得電，壓力油經(jīng)過插裝閥A120(15-25Y3)、電液換向閥Y1端A175(15-21Y2)進(jìn)入無桿腔，有桿腔壓力油經(jīng)過三位四通電液換向閥回到回油路。液壓原理圖18#油缸快伸 電路控制圖及PLC梯形圖同上述步驟，這邊不再贅述。三、推進(jìn)系統(tǒng)電磁閥、傳感器、電位器在電路液壓圖、PLC中的標(biāo)簽及功效 為方便對S465/466盾構(gòu)機(jī)推

12、進(jìn)系統(tǒng)電液控制原理進(jìn)行探究，理清液壓圖、電路圖及PLC程序間的脈絡(luò)關(guān)系，深層次領(lǐng)會推進(jìn)系統(tǒng)工作原理，便于電氣液壓故障排查，現(xiàn)將推進(jìn)系統(tǒng)電磁閥、傳感器、電位器在電路液壓圖、PLC中的標(biāo)簽及功效以圖表形式呈現(xiàn)如下。推進(jìn)系統(tǒng)電磁閥、傳感器、電位器在電路液壓圖、PLC中的標(biāo)簽及功效序號閥組分組線號閥號PLC點位功效1retrate extendA15-21Y2A175A9.018#油缸收15-21Y4A174A9.118#油缸伸15-21Y6A177A9.219#油缸收15-21Y8A176A9.319#油缸伸15-22Y2A179A9.420#油缸收15-22Y4A178A9.520#油缸伸15-2

13、3Y2A141A9.61#油缸收15-23Y4A140A9.71#油缸伸15-23Y6A143A10.02#油缸收15-23Y8A142A10.12#油缸伸B15-39Y2A145A10.43#油缸收15-39Y4A144A10.53#油缸伸15-39Y6A147A10.64#油缸收15-39Y8A146A10.74#油缸伸15-40Y2A149A11.05#油缸收15-40Y4A148A11.15#油缸伸15-41Y2A151A11.26#油缸收15-41Y4A150A11.36#油缸伸15-41Y6A153A11.47#油缸收15-41Y8A152A11.57#油缸伸C15-57Y2A15

14、5A12.08#油缸收15-57Y4A154A12.18#油缸伸15-57Y6A157A12.29#油缸收15-57Y8A156A12.39#油缸伸15-58Y2A159A12.410#油缸收15-58Y4A158A12.510#油缸伸15-59Y2A161A12.611#油缸收15-59Y4A160A12.711#油缸伸15-59Y6A163A13.012#油缸收15-59Y8A162A13.112#油缸伸D15-76Y2A165A13.413#油缸收15-76Y4A164A13.513#油缸伸15-76Y6A167A13.614#油缸收15-76Y8A166A13.714#油缸伸15-77

15、Y2A169A14.015#油缸收15-77Y4A168A14.115#油缸伸15-78Y2A171A14.216#油缸收15-78Y4A170A14.316#油缸伸15-78Y6A172A14.417#油缸收15-78Y8A172A14.517#油缸伸2segment placingA15-25Y3A120A10.2A組快放B15-43Y3A121A11.6B組快放C15-61Y2A122A13.2C組快放D15-80Y3A123A14.6D組快放3pressure regulationA15-28Y2A110PAW520A組流量15-28Y4A100PAW522A組壓力15-29B2PEW

16、536A組壓力傳感器B15-46Y2A111PAW524B組流量15-46Y4A101PAW526B組壓力15-47B2PEW540B組壓力傳感器C15-64Y2A112PAW528C組流量15-64Y4A102PAW530C組壓力15-65B2PEW544C組壓力傳感器D15-83Y2A113PAW532D組流量15-83Y4A103PAW534D組壓力15-84B2PEW548D組壓力傳感器4pre-relief valveA15-88Y3A418A15.018#油缸卸荷15-88Y5A419A15.119#油缸卸荷15-88Y7A420A15.220#油缸卸荷15-89Y3A401A15

17、.31#油缸卸荷15-89Y5A402A15.42#油缸卸荷B15-93Y3A403A16.23#油缸卸荷15-93Y5A404A16.34#油缸卸荷15-93Y7A405A16.45#油缸卸荷15-94Y3A406A16.56#油缸卸荷15-94Y5A407A16.67#油缸卸荷C15-98Y3A408A17.48#油缸卸荷15-98Y5A409A17.59#油缸卸荷15-98Y7A410A17.610#油缸卸荷15-99Y3A411A17.711#油缸卸荷15-99Y5A412A18.012#油缸卸荷D15-103Y3A413A18.613#油缸卸荷15-103Y5A414A18.714#

18、油缸卸荷15-103Y7A415A19.015#油缸卸荷15-104Y3A416A19.116#油缸卸荷15-104Y5A417A19.217#油缸卸荷5catridgeA15-90Y3A798A15.518#油缸快收15-90Y5A799A15.619#油缸快收15-90Y7A800A15.720#油缸快收15-91Y3A781A16.01#油缸快收15-91Y5A782A16.12#油缸快收B15-95Y3A783A16.73#油缸快收15-95Y5A784A17.04#油缸快收15-95Y7A785A17.15#油缸快收15-96Y3A786A17.26#油缸快收15-96Y5A787A17.37#油缸快收C15-100Y3A788A18.18#油缸快收15-100Y5A789A18.29#油缸快收15-100Y7A790A18.310#油缸快收15-101Y3A791A18.411#油缸快收15-101