盾构机电气系统技术方案

盾构机电气系统技术方案内容摘要：

80 mm 工作压力范围： 350bar 传感器和执行器明细（最终信号和执行器配置以工艺液压图为准）：序号名称用途数量信号类型厂商备注1位移传感器铰接油缸位移量4SSI接口拉绳式传感器WS12250420AL10SB0D8SAB22压力传感器铰接油缸压力44~20mA数显油压传感器XMLF400D20153比例阀铰接油缸伸缩4177。 10V为电磁阀控制，分别动作4组铰接千斤顶. 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梁相连接。 以拼装头在正下方位置的情况为例来描述拼装机的动作过程。 拼装机的两个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220度，拼装时设定正反两个方向的限位开关以保护电缆、油管和其他设备；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。 拼装手可以使用无线遥控的操作箱来操作管片拼装机，用来拼装管片。 m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。 管状拼装机处设置一个可以停止整机的急停。 . 管片拼装机控制特点 管片拼装模式下操作有两种：管片拼装机无线控制和就地控制柜按钮控制，两种操作相互联锁，其中一个在工作时，另一个控制操作无效。 管片拼装控制与推进系统的油缸动作控制集成在一个遥控控制盒内； 无线控制盒和控制面板上的按钮能控制泵、液压马达与所有油缸的动作； 管片机旋转液压马达、提升油缸、平移马达采用比例电磁阀调节动作的速度； 抓取平台的左右平衡油缸、后部平衡油缸、中心提升油缸和旋转微调油缸的动作由普通电磁换向阀控制； 管片机旋转液压马达、提升油缸、平移马达、左右平衡油缸、后部平衡油缸、中心提升油缸和旋转微调油缸均互锁操作控制、即一个油缸动作其它油缸均不能动作； 管片拼装机旋转角度+/220度，通过角度传感器的信息反馈，并能在主控台显示出来；管片机的旋转速度0~（可调）；. 管片拼装机的操作保护： 遥控器有操作钥匙，任意按钮操作时要进行组合操作，以免误操作。 管片拼装动作开始时声光报警 发生断电等事故时，管片拼装机立即制动，系统停止后不得有位移(液压制动锁紧)； 当提升油缸提升压力不足时，管片拼装机所有动作均停止； 无线遥控控制盒电力不足时，具备声光提示功能；. 管片拼装机系统的技术参数： 旋转角度： 177。 220176。 转速： 水平行程： 2200 mm 垂直行程： 1000 mm 拼装头倾斜： 177。 176。 拼装头摆动： 177。 2176。 拼装头旋转： 177。 176。 转动扭矩： 250kNm 提升力： 310kN传感器和执行器明细（最终信号和执行器配置以工艺液压图为准）：序号名称用途数量信号类型厂商备注1比例阀调节微调油缸44~20mA（或177。 10V）2比例阀调节抓手上下运动44~20mA（或177。 10V）3比例阀管片机旋转马达（2个） 24~20mA（或177。 10V）4接近开关拼装机限位2二线制开关量5比例阀两个轴向油缸44~20mA（或177。 10V）6急停急停按钮1二线制开关量7角度传感器管片轴向角度14~20mA拼装器角度传感器Electronic GmbH TYP:CE65M. 管片输送小车管片输送小车是承载着管片运输和拼装机之间的运输装置，具体结构参照下图： 往复杆由20个油缸带动可以实现上下运动，当放件时，20个行程 为50毫米油缸处于收缩的状态，往复杆在下位，当往复杆前进时20个油缸处于伸出状态，并且往复杆由一个行程在1800毫米的油缸带动，每次动作实现全行程状态以保证管片行走到位，吊装设备将管片装载右侧的台架上，如果前方没件时运送管片至下一个位置。 系统设计有三种控制方式：手动、自动和点动；在手动情况下，各个动作由操作员自己控制，系统不向任何提供动作保护联锁功能；在点动模式下，各个动作由操作员自己控制，但系统提供动作保护联锁功能；在自动模式下，喂片机上安装5个电容式传感器用于检测是否有管片在位置，安装有行程开关检测行走油缸是否伸缩到位，为了安全起见，举升架是否升降到位也将进行检测。 自动运行时，只要操作人员启动开始按钮系统就会自动向前运行一个循环，之后提示等待下一个开始命令。 传感器和执行器明细：序号名称用途数量信号类型厂商备注1比例阀20个举升油缸动作24~20mA（或177。 10V）2比例阀行走油缸动作24~20mA（或177。 10V）3光点开关检测管片在位5二线制开关量待定4行程开关行走油缸到位2二线制开关量5电机16. 辅助系统. 注浆装置. 工艺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，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。 检测注浆泵油缸的行程以统计注浆的流量。 通过检测出口的流量和压力来判断浆液是否注射量到位。 在刀盘前端有设计一个超前注浆设备，目的是用于更换刀头或设备维护时预防土质塌陷。 . 同步注浆流程图. 同步注浆控制说明（作为参考）当盾构工作时，要做到注浆量与掘进量实现同步，经过理论计算确定其参数。 由计算得所得注浆量Q的值为： Q=（KL1∏（D1178。 D2178。 ））/4式中K为注浆量比例设定参数，L为掘进相对长度，D1盾构的外径，D2为管片外径。 Q由注浆泵进行调节，L由掘进速度v1求得，即L=∫v1dt。 而Q=L2∏d178。 /4式中L2为液压泵活塞的行程，d为液压泵活塞的直径。 L2由液压油缸的速度v2求的，即：L2=∫v2dt。 最终整理的公式为∫v2dt=∫v1dtK（D1178。 D2178。 ））/d即：v2=v1K（D1178。 D2178。 ））/d这样通过调节注浆泵的速度即可实现同步注浆。 . 传感器和执行器明细（最终信号和执行器配置以工艺液压图为准）序号名称用途数量信号类型厂商备注1压力传感器注浆管路液体压力44~20mAEBM 60598950 /20bar2电磁阀注浆管路选择4二线制开关量3接近开关检测注浆泵行程前后位4二线制开关量4电机浆液箱搅拌电机15电机注浆泵230kW6液位传感器检测泥浆筒14~20mA检测油箱液位传感器为AB3104/370，注浆系统为独立的液压和电气系统（施维英泵系列）可在注浆系统的抽浆注塞上安装计数器，以检测行程数，从而计算出每支管路的注浆量。 . 泡沫装置泡沫系统主要包括泡沫剂罐、泡沫剂泵、四个溶液计量调节阀、四个空气剂量调节阀，四个液体流量计、四个气体流量计、泡沫发生器及连接管路。 泡沫装置的功能为：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，作为支撑介质的土质在加入泡沫后，其塑型、流动性、防渗性和弹性都得到改进，盾构机掘进驱动功率就可减少，同时也可减少刀具的磨损。 另外，泡沫装置同时还向螺旋输送机提供泡沫目的是改善土壤使之在螺旋输送机中更容易运输。 泡沫剂泵（电机A控制）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，分别同压缩空气混合产生泡沫。 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一路或几路，向开挖室注入泡沫。 另外也可以在四路泡沫注入管道中任选一路向螺旋输送机输送泡沫。 传感器和执行器明细（由最终工艺设计结构决定）：序号名称用途数量信号类型厂商备注1电机A泡沫剂泵12电机B泡沫剂泵13比例阀压缩气体注入比例阀44~20mA（或177。 10V）4比例阀泡沫混合液注入比例阀44~20mA（或177。 10V）5压力传感器水入口压力（为压力表，无传感器）14~20mA6压力传感器气体入口压力（为减压阀，无传感器）14~20mA7压力传感器入口混合液压力（为减压阀，无传感器）14~20mA8电磁阀泡沫剂混合液开启电磁阀1二线制开关量9电磁阀气体注入开启电磁阀1二线制开关量10压力传感器注入口泡沫剂水混合液压力44~20mA11压力传感器注入口气体压力44~20mA12压力传感器注入口泡沫压力44~20mA13流量计单支管路气体流量4。 4~20mA14流量计单支管路液体流量44~20mA. 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。 传感器和执行器明细（由最终工艺设计结构决定）：序号名称用途数量信号类型厂商备注1电机膨润土泵111KW2电机搅拌电机211KW3压差传感器检测土压差24~20mA待定4箱位传感器膨润土料位显示14~20mA5压力传感器检测膨润土压力值14~20mA. 地面监控系统地面监控室通过光纤与控制系统相连，监控盾构机的工作情况以及其他必要的参数。 . 电视监视系统电视监视系统由摄像机和电视机组成，采用彩色电视机显示。 需安装摄像头的场所：人舱、管片安装区域、同步注浆区域、出渣区。 电视信号可通过光纤传送到地面监控室。 . 电话系统需安装电话的场所：主控室、人舱、管片安装区域、同步注浆区域、出渣区。 在盾构机主控台安装扩音器，在管片拼装机、同步注浆、人闸附近有喇叭。 . 测偏系统在控制室中，安装一台测偏监控仪，预留AC 110V 和DC 24V 电源各一路。 测偏监控器将于主控PLC通讯读取4个推进油缸的行程、4个铰接油缸的行程。 . 盾尾间隙检测系统系统设有盾尾间隙检测装置用来测量新拼装的管环和盾构机的盾尾壳板之间的间隙，并送给盾构机导向系统，随时加以校正。