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        液驅(qū)土壓平衡盾構(gòu)刀盤(pán)電氣原理分析

        2017-06-05 20:13:08朱紅光李朗煥李吉
        關(guān)鍵詞:信號(hào)

        朱紅光+李朗煥+李吉

        摘要:隨著全國(guó)一線城市地鐵的普及,用于地鐵施工的盾構(gòu)機(jī)也逐漸走向成熟。盾構(gòu)操作手除了需要對(duì)地層進(jìn)行了解,還需要對(duì)盾構(gòu)的性能有深入的認(rèn)知,掌握盾構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理。文章主要介紹了盾構(gòu)機(jī)盤(pán)系統(tǒng)的啟動(dòng)條件及連鎖限制條件。

        關(guān)鍵詞:液驅(qū)盾構(gòu)機(jī);刀盤(pán)系統(tǒng);啟動(dòng)原理;電氣原理;地鐵施工 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        中圖分類號(hào):TG71 文章編號(hào):1009-2374(2017)07-0089-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.041

        文章以液驅(qū)土壓平衡盾構(gòu)為模板,討論刀盤(pán)啟動(dòng)過(guò)程中的各種電機(jī)啟動(dòng)條件及連鎖限制條件。文章中涉及的編號(hào)都是以集中式盾構(gòu)的電路圖紙為準(zhǔn),按照電路圖紙的編號(hào)規(guī)則,每個(gè)元器件都有各自的編號(hào)。結(jié)合電路圖紙,可以針對(duì)每個(gè)數(shù)字編號(hào)查詢到相對(duì)應(yīng)的元器件。

        1 電機(jī)啟動(dòng)條件

        刀盤(pán)的啟動(dòng)需要滿足以下電機(jī)啟動(dòng)條件:內(nèi)循環(huán)水電機(jī)開(kāi)啟、空壓機(jī)啟動(dòng)、先導(dǎo)泵電機(jī)啟動(dòng)、補(bǔ)油泵電機(jī)啟動(dòng)、齒輪油泵電機(jī)啟動(dòng)、黃油多點(diǎn)泵電機(jī)啟動(dòng)、1~3號(hào)刀盤(pán)電機(jī)啟動(dòng)。內(nèi)循環(huán)水電機(jī)啟動(dòng)的主要作用是冷卻刀盤(pán)馬達(dá)減速箱的齒輪油及空壓機(jī)??諌簷C(jī)啟動(dòng)的主要作用是給黃油氣動(dòng)泵及HBW氣動(dòng)泵提供氣源。先導(dǎo)泵電機(jī)提供刀盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制油,控制刀盤(pán)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速。補(bǔ)油泵電機(jī)主要給刀盤(pán)液壓驅(qū)動(dòng)閉式系統(tǒng)提供液壓油。齒輪油泵電機(jī)負(fù)責(zé)刀盤(pán)主驅(qū)動(dòng)齒輪油的內(nèi)部循環(huán)冷卻潤(rùn)滑。黃油多點(diǎn)泵電機(jī)負(fù)責(zé)泵送黃油給刀盤(pán)主驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)提供潤(rùn)滑冷卻密封作用。1~3號(hào)刀盤(pán)電機(jī)為刀盤(pán)的主電機(jī),負(fù)責(zé)提供刀盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)的液壓動(dòng)力源。

        2 連鎖限制條件

        2.1 本地與遠(yuǎn)程的模式選擇

        刀盤(pán)的控制系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程控制與現(xiàn)場(chǎng)控制。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)安裝于主控室內(nèi)部操作臺(tái)上,用于盾構(gòu)正常掘進(jìn)的刀盤(pán)控制,為刀盤(pán)主要的控制方式;現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)安裝于人閘倉(cāng)內(nèi)部,主要用于開(kāi)倉(cāng)換刀時(shí)的控制。

        在主控室操作臺(tái)上,刀盤(pán)控制面板上有一個(gè)插鑰匙的選擇開(kāi)關(guān),將其開(kāi)關(guān)選擇至遠(yuǎn)程。在電路圖紙上,根據(jù)第13章第29頁(yè),-29S2吸合,9-7A5.2:6接收電信號(hào),PLC感應(yīng)到主控室已經(jīng)選擇遠(yuǎn)程模式。人倉(cāng)刀盤(pán)控制盒上也有一樣的選擇按鈕,將其選擇本地,則在第34頁(yè),34S5斷開(kāi),PLC未接收信號(hào),判斷為遠(yuǎn)程控制模式。只有將兩種選擇開(kāi)關(guān)都選擇遠(yuǎn)程,則第29頁(yè),9-9A4:3發(fā)出信號(hào),-29H3二極管亮燈,本地模式激活。若兩種選擇模式選擇不一樣,則-29H3二極管閃燈,刀盤(pán)各種控制按鈕失靈,無(wú)法控制。若都選擇本地控制,則人倉(cāng)刀盤(pán)控制盒激活,在其他條件滿足的情況下,刀盤(pán)可以現(xiàn)場(chǎng)控制。

        2.2 高低速選擇

        刀盤(pán)有兩個(gè)速度檔位,低速度檔及高速檔,低速檔的最高刀盤(pán)轉(zhuǎn)速可達(dá)1.6r/min,高速檔的最高速度可達(dá)2.3r/min。刀盤(pán)速度選擇的電路位置在第13章第31頁(yè),-31S2為速度檔位選擇按鈕,若選擇低速檔,則9-7A5.2:4接收到信號(hào);若選擇高速檔,則9-7A5.2:8接收到信號(hào)。

        PLC接收到高速檔信號(hào)之后,在第46頁(yè)電路圖紙中,9-15A2:4發(fā)出電信號(hào),-46K2吸合,電磁閥線圈-46Y3吸合,刀盤(pán)主驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上的斜盤(pán)在先導(dǎo)油的作用下形成一定角度,刀盤(pán)最終在高壓油的作用下形成最高可達(dá)2.3r/min的轉(zhuǎn)速。若PLC接收到低速檔信號(hào),則-46K2與-46Y3失電,未吸合,馬達(dá)上的斜盤(pán)本身有一定的角度,刀盤(pán)最終在高壓油的作用下形成最高可達(dá)1.6r/min的轉(zhuǎn)速。在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中,大部分時(shí)間都是在低速檔進(jìn)行推進(jìn),速度控制在1.0~1.5r/min。

        2.3 方向選擇

        刀盤(pán)分為正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn),以盾構(gòu)掘進(jìn)方向?yàn)檎较?,刀盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正轉(zhuǎn),刀盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為反轉(zhuǎn)。刀盤(pán)正反轉(zhuǎn)的選擇主要根據(jù)盾體翻轉(zhuǎn)角來(lái)決定,若翻轉(zhuǎn)角為正值,則代表盾體順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度,刀盤(pán)需要正轉(zhuǎn);若翻轉(zhuǎn)角為負(fù)值,則代表盾體逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度,刀盤(pán)需要反轉(zhuǎn)。在第13章第32頁(yè),-32S2為方向選擇旋鈕,若選擇左轉(zhuǎn),則9-7A6:1接收到電信號(hào),若選擇右轉(zhuǎn),則9-7A6:5接收到電信號(hào)。以刀盤(pán)左轉(zhuǎn)為例,9-7A6:1接收到電信號(hào)。第54頁(yè),9-15A2.1:5發(fā)出信號(hào),-54K1吸合,-54Y3吸合,1號(hào)刀盤(pán)泵內(nèi)部的斜盤(pán)形成左旋的角度。第55頁(yè)為2號(hào)刀盤(pán)左右旋控制電路。第56頁(yè)為3號(hào)刀盤(pán)左右旋控制電路。

        2.4 急停正常

        第22章第2頁(yè),為刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)急停頁(yè)面,22-2N2為刀盤(pán)的急停繼電器。刀盤(pán)急停系統(tǒng)有三個(gè)急停開(kāi)關(guān),分別為刀盤(pán)現(xiàn)場(chǎng)控制盒上的急停開(kāi)關(guān)-2S1、刀盤(pán)現(xiàn)場(chǎng)控制盒上的運(yùn)行-維護(hù)開(kāi)關(guān)-2Q1、人倉(cāng)外的刀盤(pán)急停開(kāi)關(guān)-2S3。在正常情況下,這三個(gè)開(kāi)關(guān)的接線端子閉合,保證22-2N2急停繼電器的A1有電;若出意外狀況,可以按壓這幾個(gè)急停開(kāi)關(guān),使急停繼電器發(fā)出急停信號(hào),刀盤(pán)系統(tǒng)緊急停止。

        在急停發(fā)生作用時(shí),其13號(hào)與14號(hào)點(diǎn)位斷開(kāi),在第3頁(yè)可以發(fā)現(xiàn),-3K2、-3K3繼電器失電斷開(kāi),根據(jù)這兩個(gè)繼電器的接線方式,可以看出這兩個(gè)繼電器控制刀盤(pán)軟啟動(dòng)器的控制電,軟啟動(dòng)器失電之后,刀盤(pán)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),整個(gè)刀盤(pán)系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

        在第3頁(yè),除了-2N2這個(gè)刀盤(pán)急停繼電器可以讓刀盤(pán)系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)之外,-6N3急停繼電器也可以讓刀盤(pán)停止。在第6頁(yè),-6N3為螺機(jī)系統(tǒng)的急停繼電器,即螺機(jī)急停作用之后,不止螺機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),刀盤(pán)系統(tǒng)也會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

        在第13章第34頁(yè)中,22-2Q1、22-2S1除了可以控制22-2N2之外,還直接往9-12A3:1發(fā)出信號(hào),讓PLC判斷刀盤(pán)處于急停狀態(tài),通過(guò)這兩種雙重保險(xiǎn),保證刀盤(pán)急停信息能及時(shí)送達(dá)至PLC,讓刀盤(pán)系統(tǒng)能夠及時(shí)停止。若解決了刀盤(pán)急停繼電器的故障之后,工控機(jī)還發(fā)出刀盤(pán)急停的報(bào)警信息,則可能是這里的線路出現(xiàn)問(wèn)題。

        2.5 速度旋鈕歸零

        刀盤(pán)在轉(zhuǎn)動(dòng)之前,速度旋鈕歸零的作用是防止速度在沒(méi)歸零的情況下,刀盤(pán)啟動(dòng)之后,對(duì)泵及馬達(dá)形成太大的沖擊,造成機(jī)械部件的損壞。在第13章第37頁(yè),主控室的旋鈕(電位器)-37R3是通過(guò)電阻分壓的原理來(lái)達(dá)到調(diào)整輸入電壓的目的。其能提供0~10V的直流電壓給9-1A3的28號(hào)點(diǎn)位,若PLC接收到0V的電壓,則代表速度旋鈕已經(jīng)歸零,PLC才可以允許刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。

        2.6 溫度未超限

        在第13章第44頁(yè),-44B2為刀盤(pán)漏油溫度傳感器,可以檢測(cè)刀盤(pán)馬達(dá)泄漏油的溫度,其發(fā)出的4~20mA信號(hào)被9-1A3的40號(hào)點(diǎn)位接收,PLC接收到信號(hào)號(hào)之后,根據(jù)PLC內(nèi)部的計(jì)算規(guī)則,換算出實(shí)際的刀盤(pán)漏油溫度,并在工控機(jī)上顯示出來(lái)。在工控機(jī)的參數(shù)設(shè)置界面,可以設(shè)置刀盤(pán)漏油溫度的警告值及高限值。若溫度達(dá)到警告值之后,PLC會(huì)發(fā)出報(bào)警信息;達(dá)到高限值,PLC除了發(fā)出報(bào)警信息之外,還會(huì)停止刀盤(pán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

        2.7 壓力未超限

        在第13章第43頁(yè),-43B2為刀盤(pán)高壓出口壓力傳感器,可以檢測(cè)刀盤(pán)實(shí)時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)油壓,其發(fā)出的4~20mA信號(hào)被9-1A3的35號(hào)點(diǎn)位接收,PLC接收到信號(hào)之后,根據(jù)PLC內(nèi)部的計(jì)算規(guī)則,換算出實(shí)際的刀盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力,并在工控機(jī)上顯示出來(lái)。在工控機(jī)的參數(shù)設(shè)置界面,可以設(shè)置刀盤(pán)壓力高限。若刀盤(pán)的實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力超出這個(gè)壓力限值時(shí),PLC會(huì)發(fā)出報(bào)警信息并停止刀盤(pán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

        2.8 刀盤(pán)磨損檢測(cè)未報(bào)警

        在盾體內(nèi)側(cè),有一路60bar左右的高壓油通過(guò)中心回轉(zhuǎn)體及刀盤(pán)內(nèi)部的固有管路到達(dá)刀盤(pán)前面的磨損檢測(cè)刀具或者某一些刀具刀體上。在正常情況下,刀具未磨損,到刀具上的油路則無(wú)法泄漏,油壓不會(huì)變低。若刀盤(pán)刀具磨損嚴(yán)重,導(dǎo)致油路與刀盤(pán)前方的土體連通,油壓變低。在第13章第57頁(yè),-57B1為壓力繼電器,在油路油壓變低的情況下,內(nèi)部線路連通,發(fā)出24V的電信號(hào)至9-13A6:2。PLC感應(yīng)到電信號(hào)之后,判斷刀盤(pán)刀具發(fā)生磨損,停止刀盤(pán)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

        2.9 盾體傾角、翻轉(zhuǎn)角不超限

        盾體的傾角是盾體前后中心點(diǎn)連成的直線與地平線形成的角度,盾體上傾角為正值,下傾角為負(fù)值。盾體翻轉(zhuǎn)角是盾體順時(shí)針或者逆時(shí)針滾動(dòng)的角度,順時(shí)針滾動(dòng)角為正值,逆時(shí)針滾動(dòng)角為負(fù)值。在盾體的左前方有一個(gè)傳感器,負(fù)責(zé)盾體傾角及翻轉(zhuǎn)角的測(cè)量。

        在第9章第35頁(yè)中,傳感器9-35B1通過(guò)本身的傾翻作用,形成4~20mA的傾角電信號(hào)輸送到9-2A4的13號(hào)點(diǎn)位;形成4~20mA的翻轉(zhuǎn)電信號(hào)輸送到9-2A4的18號(hào)點(diǎn)位。PLC根據(jù)接收的電流信號(hào)換算成傾角、翻轉(zhuǎn)角數(shù)值并顯示出來(lái)。

        當(dāng)傾角、翻轉(zhuǎn)角超限之后,刀盤(pán)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng),需要通過(guò)其他的辦法使這些數(shù)值變正常后,才可以進(jìn)行刀盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

        2.10 刀盤(pán)貫入度不超限

        刀盤(pán)貫入度不是一個(gè)測(cè)量值,是一個(gè)計(jì)算值,其單位為mm/r,代表刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)候,往前掘進(jìn)的距離。計(jì)算方法為:推進(jìn)速度除以刀盤(pán)轉(zhuǎn)速。例如一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度為40mm/min,刀盤(pán)轉(zhuǎn)速為1r/min,通過(guò)計(jì)算,貫入度為40mm/r,代表刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過(guò)程中,盾體往前掘進(jìn)了40mm,刀盤(pán)切入土體的厚度也是40mm。

        貫入度越大,刀盤(pán)每一圈的切削厚度越大,對(duì)刀盤(pán)扭矩要求越高,刀具磨損越?。回炄攵仍叫?,對(duì)刀盤(pán)扭矩要求越小,刀具磨損越大。在工控機(jī)的參數(shù)設(shè)置界面有貫入度高限設(shè)置,當(dāng)?shù)侗P(pán)貫入度超限之后,刀盤(pán)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。

        2.11 刀盤(pán)制動(dòng)器松開(kāi)

        PLC接收到啟動(dòng)信號(hào)之后,在第13章第47頁(yè),9-15A2:8發(fā)出電信號(hào),-47K2吸合,-47Y3吸合,刀盤(pán)制動(dòng)器松開(kāi)。刀盤(pán)制動(dòng)器完全松開(kāi)之后,在第48頁(yè)有制動(dòng)器的行程傳感器-48B1發(fā)出信號(hào),9-13A2:2接收到信號(hào),PLC判斷制動(dòng)器的行程已經(jīng)到位;壓力傳感器-48B4發(fā)出信號(hào),9-13A2:6接收到信號(hào),PLC判斷制動(dòng)器的壓力已經(jīng)到位。PLC的兩個(gè)點(diǎn)位都接收到信號(hào)之后,PLC判斷刀盤(pán)制動(dòng)器已經(jīng)完全松開(kāi)。

        3 結(jié)語(yǔ)

        當(dāng)以上條件滿足時(shí),盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)就可以正式啟動(dòng)。盾構(gòu)操作手對(duì)于刀盤(pán)的啟動(dòng),不僅需要準(zhǔn)確認(rèn)知刀盤(pán)的啟動(dòng)條件,還應(yīng)該通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)電路圖紙的分析,深入了解這些啟動(dòng)條件的限制原因及限制方法,保證盾構(gòu)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2003.

        [2] 周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:中國(guó)建筑工程出版社,2004.

        作者簡(jiǎn)介:朱紅光(1980-),男,湖南益陽(yáng)人,供職于中鐵五局集團(tuán)電務(wù)城通工程有限責(zé)任公司,研究方向:盾構(gòu)施工。

        (責(zé)任編輯:蔣建華)

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