盾构机推进系统电液控制基础学习知识原理探究

1、/海瑞克盾构机推进系统电液控制原理探究海瑞克盾构机推进系统液压阀组众多，电气控制系统复杂，PLC 连锁条件繁琐。加之现场维保人员对其工作原理认知不深，控制思 路理解不透，无法将液压、电气及 PLC控制有效融合，导致故障排 查时间久效率低。为此，现以海瑞克 S465盾构机推进系统为例，结 合液压、电气图纸及PLC控制程序详细阐述推进系统的电液控制原 理，为快速排查液压电气故障提供理论依据。另外，为方便探究原理，特将推进系统电磁阀、传感器、电位器在电路液压图、PLC中 的标签及功效列表呈现。一、操作原理SPEED推进控制面板和模式转换面板Id 呀| nfiuarrcvuMQEiRsIIh 1-I

2、：5hL5V汕3 賦)SEGMENT*«)BBHFI 昂 l9S'rio o 15-6S215-6S2上图为推进系统的操作面板,面板上包括两种工作模式按钮,15-6S4按钮为正常掘进模式，15-6S7按钮为管片拼装模式，红色按 钮15-6S2为停止操作按钮。在正常推进时，按一下 15-6S4按钮, 调节四组油缸的压力调节电位器，直到理想的压力值，然后调节速 度电位器15-11R6,速度电位计控制所有四组油缸的比例阀开口相 同；当需要调节某一组油缸的速度时，就根据需要调节改组油缸的 推进压力电位器（A组15-27R5、B组15-45R5、C组15-63R5、D组15-82R5)

3、。需要整体增加推进速度时，需要调节速度旋钮15-45R5, 当调节速度调节按钮不能满足掘进速度要求时，需要对各组压力提 高。当进行盾构机的姿态调整时，通过调节各组油缸的压力调节旋 钮使盾构沿设计曲线掘进。每组油缸中都设有位移传感器，显示每 组油缸的行程。二、推进系统速度、压力调节的电液控制原理1、基础设计为实现推进及拼装功能，海瑞克盾构机推进系统需具备以下能 力：推进阀组满足推进速度的要求，能够实现方向调节、可远程连 续调整推进方向及推进速度，能够实现推进油缸的快速回退。(1) 推进速度控制推进系统的自动控制模式在自动控制的模式下工作，PLC可以根据已建立的推进压力解算出当前在所处的地质状况下

4、的推进速度， 因为推进速度是由推进压力所决定的，在一定的推进速度下所需的rH最小工作流量是可以确定的，进而建立比例流量阀的合适开口，以 提供合适的流量，进 一步，根据比例流量阀的最小工作压差(可知 的不变量)，可以解算出泵出口的最小压力，从而使系统工作在最 佳的效率点上。(2) 推进方向控制每组油缸的三位四通换向阀均处在推进工作位置，插装换向阀 处于关闭位置，远程比例压力阀根据操作人员的调节建立推进压力, 推进压力经压力传感器检测反馈到 PLC推进方向控制是在四组控制模块所建立的控制压力大小不同，且产生的合成推力偏离盾体中 心线时，将产生转弯扭矩，迫使盾体转弯。（3）推进缸的快速退回控制在快退

5、时，所选油缸的换向阀处于向油缸 有杆腔供油的位置, 进油路上的插装阀接通，采用大流量供油，实现快速返回，油缸无 杆腔的回油经插装阀流回油箱。2、控制原理推进系统分为两种工作模式，掘进模式和管片拼装模式。合起 来为一个工作循环，按先后顺序分解为五个步骤：推进（掘进模 式）、保压、卸荷、快收（管片拼装模式）、快伸（管片拼装模 式）。这两种模式五个步骤通过改变不同阀的工作来实现不同的功 能。推进泵采用远程压力控制柱塞泵，由比例溢流阀控制出口压力, 泵出口装有两级安全阀及压力传感器。推进系统的自动控制模式在 自动控制的模式下工作，PLC可以根据已建立的推进压力解算出推 进速度（在所处的地质状况下），在

6、一定的推进速度下所需要的最rH小工作流量是可以确定的，进而建立比例流量阀的合适开口，以提 供合适的流量，进一步，根据比例流量阀的最小工作压差（可知的 不变量），可以解算出泵出口的最小压力，从而使系统工作在最佳 的效率点上。为此海瑞克将控制算法设计为推进泵先导控制比例溢 流阀的压力根据泵出口压力 P泵和推进油缸压力传感器的显示压力Pmax（四组油缸 A B、C D中最大的一组）加20bar通过PLC进行PID控制自动调节，调节范围是 0-350bar ;通过程序中的PID控制 使泵建立一种动态平衡就是P泵二Pmax+20在管片拼装模式下，压/力是通过人机界面输入参数值(一般为50-100bar)

7、，然后通过PLC控制溢流阀的溢流压力，来控制泵的出口压力与设置值相符。液压原理图18#油缸推进F面以A组18#油缸为例结合电液控制原理图、液压图、电路图和PLC程序详细阐述其工作原理。推进系统的电液控制原理所有油缸連度调节电15器O-WY15-2 丁A组爲B组通C组通15-B2R5D组通各组油缸压力调节电位器a-讪PLC 速度. f覺J：壽疑比例调速阀15-28y2(A110) 压力h I 叔帳1= 划比例溢流阀帖-28¥煎刚00)速度 &组15-46W2肚ST比例调速洌5-46¥2放応If盘比例溢流11815-46X4(MOD压力.谨度C组15-64W2SI怔ST

8、_ L箕 比例调速阀15n64¥2®压九U I菽买板|h比制潘涼澜15-64¥4m)速® 一 D 组 15-e3N25' WEST |一 比例调速阀 15-83y2Al 13) 放弟更If奮比例溢流阀15-a3Y4(AlO3)压力电液控制原理图A组压力调节电位器【15-27R5】是一个滑动电阻，加载0-10V直流电。当从小拧到大时，电阻从大变到小，电压从0-10V平滑过渡,该电压作为一个模拟量输入【Pew534到PIC参与运算，运算完毕后输出【paw522l 个0-10V的电压信号，该电压信号做放大器的输入变量，放大器运算后输出一个 230-53

9、0ma的电流信号，这个大电流直接连接到比例阀的电磁铁上用于改变磁通量，电流越大磁 通越大。如果是溢流阀，电流大则溢流压力高，通过油缸的油压就 越大；如果是调速阀，电流越大则节流孔开口越大，流量越大，速 度越快。这就是旋转旋钮，速度和压力能够跟着变化的根本原因。现在按照盾构机施工流程按先后顺序分五个步骤详细阐述推进系统工作原理: 1、推进：正常掘进的情况，电液换向阀右端 (A174)15-21 Y4得电, 此时电磁换向阀(A120)15-25Y3、电磁换向阀(A789)15-90Y3和电磁球阀(A418)15-88Y3失电,压力油由泵的出口经单向阀、球阀、滤清 器、比例调速阀(A110)15-2

10、8Y2、三位四通电磁阀右位(A174)15- 21Y4进入推进缸无杆腔，回油经三位四通电磁阀流回油箱，油缸向 前推进。此时推进压力由比例溢流阀(A100)15-28Y4进行控制，推进速度由比例调速阀15-28 Y2(A110)进行控制。IA2阜GRUPPE AfCMfgF厂©AiW I I, r- t 丁：.亡間4；!§§-业灯Z Z r HF > ciLc?huIAS-d F.ZTil 13' I1_r1>-一 h j'.l -r h灯 5 - II £丄诣*油缸漏回！ PIX数字输岀点为APOA .fl ；. fT ura

11、+诉 I】上电液换向阀电磁铁內刚75.电路标识知521Y2.勺却T"y:vhX tfl丈'理-iTI 曲-兰期: nta IV 瓦可，：加LVnw-a/nfiPs?;-小VI即油缸抻出；PLC数字量输出电液换向阀电础铁却UM,电蹈标识为15-211¥4.lA7片小.电路控制图18#油缸换向njrr可四；寸町fli. Y SiT iJt 丘丄:唱.:飞- '(冷W!E：*r U1 'f A L廿；12 -liUA-OD. 2 1-1 rl 1 /.-iv ?N.' 1 -=. -» ,.J-"JVM R啓 KHl Fbw罠

12、mJE C-sot UDJ1r* rr-PiT-Ml*1士局-比iHX-"-.-' - _ .-Vxz护N-1比例调速阀和比例満流阀在不同m式下的工作状态:=:-XW【YF Lr>jrS"i I-I 啊 1 rr-Q=.I |<T-' I Ii. J二I I T : JL畔r rtrr-Li - "tt钏il勒副耐仇帀価團出祈沽虹11咽15即忡JffiH胃电.首LU凰冒节冒电，舉馆哺节矢电瓷电知，ttt失軋先电ngTf T孟-j 斗矢：Wf L-曽s J, ： A仙"pHt-hM :-fS=T7 IwF'L"

13、-l''y* ；狂6匚罰stA* I0 -i ilSL'hr.rd r,;i >fi jr>=*»1YEjJfe Ji电路控制图A组推进速度压力调节/H液压原理图18#油缸保压Q SW «£ 金"<* HC 1W)、-t«Rrvi moi< (wi *-A a HSf c R £：-' - 1一牺:dw 1 Jyludn Ifl LnfihcHihHlv 皿 tWifcn:Cium 1 IrLuidctPuc li 皿ft4HITT'S3L-'；L； i '

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15、Kffl黑耶门.®港电港“et隸冋毎的椚斓生ACM实现油il惮岀.：y上匚分断程浮穆创可知，常片册冀横工戈下魄播黄阀崗甲駅W5 3）却橫问ffl畳叮跖呃时搏邕压力騒过拡狛馳进人固油管剜i;由缸沁；井舷 d P知在,m#wt3£ts下铁玮都餐理电港換向网巾阀头*仃5|电.PLC控制梯形图18#油缸伸缩2、保压：当按下停止按钮时所有电磁铁断电，电液换向阀回到中位,液控单向阀V4使高压油无法回流，起到保压作用。2.保压1AG18II Al严I AZI!_ _：AJkm _兀I h?QRUPPEAicaol乜丁9穆©i；li_ _ _ r iD"1 =诃 nH

16、AAjl*la/LQ匹jw*(1NEi1 wn,咯i I-p>lTI貯i ；EV4V3 _词/I出墜1 !； F啼二計 H 'i I,1X1- 厂，-/-G/"S蛙- L tE洒十II厂!_/3、卸荷：在完成一个推进工序后紧接着便是管片拼装模式下的油缸快收。在回收前先让卸荷阀 A418( 15-88Y3,对应PLC程序数字量输出点Q15.5)先得电1S钟，使得油缸无杆腔的高压得以释放，避免对换向阀阀芯产生强烈冲击。该步骤 PLC控制图同步骤1推进。7A4BiGRUPPE ANcr L °3r« ©；r ： !I 片和 g. j.J気 M ：

17、vMpwrca13UUni-r > £:0厂甘!'Llr ! I苛 f-Tu IZ-X4-L 丁恒rm-J,液压原理图一-18#油缸卸荷；TLr1-d-：血IaImi «ii工 B 6-aJfc.4 *"_* * ；<!A 上 *r ST 1g"Gi rjLVJ；込 Lh -：£It"沖< I屯CJfHWlnii'ii5-ee¥3,对应程序"fe学辛揄出点a5. 5)先出电洁钟.使簿油垃无杆腔的高压博讥釋故.电路控制图18#油缸卸荷避免对楔向击,革.metI 3= m Ph * E

18、llI"S. '： :1Ir *1iTO/4、快收：在主机室的控制面板上，将推进控制切换到管片拼装模式,此时插装阀A120(15-25Y3)得电；比例溢流阀(溢流压力最大)，此时的溢流压力为最大值;A100(15-28Y4)得电比例调速阀A100(15-28Y2)得电，流量为最大；收油缸时,三位四通电液换向阀Y2阀头A174(15-21 Y4)得电，这时卸荷阀 A418(15-88Y3)得电，1秒后插装阀A798(15-90Y3)得电，压力油经过插装阀 A120(15-25Y3)、电液换向阀A174(15-21 Y4)进入有杆腔，无杆腔压力油先经过电磁球阀A418(15-88

19、Y3)卸荷，然后主要经过插装阀 A798(15-90Y3)回回油管。这样设计的目的是管片拼装模式下推进油缸不再承受极大负载，系统对压力没有专项要求，追求的是油缸的快速回收以便缩减油缸回收时间提高拼装效率。下面列举液压电气原理图及PLC控制原理图，详细阐述管片拼装模式下的油缸快收。4.快收fAO13IA ,:J辰r 丽口 B?GRUPPEAjr ； 鼻工¥工Xr4*T 9* A S B Tta "" "J©III:厂十I I 咧=_rh 1；E虽1QV3曲HIniniz>! a/iL iB-|lfej? T1 IGETit蓿HI=丄Ir r

20、I ，产、曲E 估V-3 I 弘F "jw i J_owC2C3© ©©液压原理图18#油缸快收/在主机附悴制佝ft I .将推进担M刖换x'l:?片出谁模式时”*叽一S%I &匚J ”苫r.jci:呻a诩帕HiyjjFMfc,-(WC匚苛 也&*丄AjGtJOHJ-，！卜 AvTT * r Fit*-E抽装阀.11=2(14扫讪得电+刈应円t数口灿出虫位Q10. 2.收汕缸时，三位四適电液换MMYL!阀头切门订5 21Ylftj'51i.这时卸荷阀*1防1厲 的Y引彳0也I秒后插装闽AMHHE别miWil IlJj油红过

21、扌雨装阀A 120(1:i-25V3»、电浪换向阀AITKI討21V4it进入f'朴肿.无杆腔压力油先畀过|电確球阀fVUm畔Y；0和荷然厉匸墓蜂过怖装阀魔洲(I 5 90¥：0回冋油管，-FEic, "J.«矜議駕Gm.ET：吕'炉"芒？- Q几u5uw*».簷岸呵'X； £Thi i-d 屮1珂 f7.片L乜卜 g1525电路控制图18#油缸快收时进油路插装阀 Jw-ff A ¥' 出上汹肚n昨拼製灯下快收吋回汕L通迫I的插鮎亦期 mu畑时/*5 仙二 讦吋汛呈人虽缶可玄现汕御卩

22、和rvrriyj为的芯幵n远大J叽液聽姒.阴.斯以y 0汕好抽&时0冋汕r r，*Z- im iHr 匚J 7 .aa_v mgjh丄址'4*ff E"we；tIN K ri匸心g“r>ja 1.1 T_小-ifp-rw 逅 dll 若務5? il 30 73 34 叫?1» 7IhiyrrtrfTT-*峠-ghvrch zflror C.r.< 二rr 四匕 I- *、jfi 卫JO1 -比抚却np'Llt f2E甕-:y-其匸-亡C. rI ' ."I，-二.i叱巳p血川-> * '*1 -1 i-.&

23、#39; ；.- "JPJ . 11电路控制图 18#油缸快收时进油路插装阀/'d 4Fln泪I , 化 IH. 1", 仍仃 珂打山论伸山心拧川挪HLr以卜词和工川；hHiLl，代钊2 K-n hhm * 点iW 汕 训 门 阀出I丨1，I i叮品M |1讪1训'b >jVj浦戢IN.1/1 A IN.11 ”丈川卅i浹|?J k術11；挤门由.汕釦I'门秋iTfi|i和>anM曲I'心血陆换向啊电叽？ r, if斗I用 < 卜'1. iB PLC控制梯形图A组油缸快速伸缩插装阀向阀回到回油路。5.快伸I I刖GR

24、UPPE A卜胛M- p55?;；IH-液压原理图18#油缸快伸lZI f| ti r Jnn I m VJ I X*Pl qV6L._3 _ Q 山 Qfl B审遍I 1 ' IaY1端5、快伸：在管片拼装模式下伸油缸时，三位四通电液换向阀A175(15-21 Y2)得电，这时卸荷阀 A418(15-88Y3)、插装阀 A798(15-90Y3)不得电，压力油经过插装阀 A120(15-25Y3)、电液换向阀Y1端A175(15-21 Y2)进入无杆腔，有杆腔压力油经过三位四通电液换Alin土 萌盘丄 .uJ心伽饥>7-帀E/十-；,'r =匚-=卫=-I =I- i电

25、路控制图及PLC梯形图同上述步骤，这边不再赘述。三、推进系统电磁阀、传感器、电位器在电路液压图、PLC中的标 签及功效为方便对S465/466盾构机推进系统电液控制原理进行探究，理 清液压图、电路图及PLC程序间的脉络关系，深层次领会推进系统 工作原理，便于电气液压故障排查，现将推进系统电磁阀、传感器、电位器在电路液压图、PLC中的标签及功效以图表形式呈现如下。序号阀组推进系统电磁阀、传感器、电位器在电路液压图、分组PLC中的标签及功效线号阀号PLC点位功效15-21Y2A175A9.018#油缸收15-21Y4A174A9.118#油缸伸15-21Y6A177A9.219#油缸收15-21Y

26、8A176A9.319#油缸伸A15-22Y2A179A9.420#油缸收15-22Y4A178A9.520#油缸伸15-23Y2A141A9.61#油缸收15-23Y4A140A9.71#油缸伸15-23Y6A143A10.02#油缸收15-23Y8A142A10.12#油缸伸retrat15-39Y2A145A10.43#油缸收115-39Y4A144A10.53#油缸伸e exte nd15-39Y6A147A10.64#油缸收15-39Y8A146A10.74#油缸伸B15-40Y2A149A11.05#油缸收15-40Y4A148A11.15#油缸伸15-41Y2A151A11.26

27、#油缸收15-41Y4A150A11.36#油缸伸15-41Y6A153A11.47#油缸收15-41Y8A152A11.57#油缸伸15-57Y2A155A12.08#油缸收C15-57Y4A154A12.18#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15-76Y2A165A13.4

28、13#油缸收15-76Y4A164A13.513#油缸伸15-76Y6A167A13.614#油缸收15-76Y8A166A13.714#油缸伸D15-77Y2A169A14.015#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segme nA15-25Y3A120A10.2A组快放2tB15-43Y3A121A11.6B组快放p laci nC15-61Y2A122A13.2C组快放gD15-80Y3A123A1

29、4.6D组快放15-28Y2A110P AW520A组流量A15-28Y4A100P AW522A组压力15-29B2P EW536A组压力传感器15-46Y2A111P AW524B组流量p ressuB15-46Y4A101P AW526B组压力3re15-47B2P EW540B组压力传感器regula15-64Y2A112P AW528C组流量tionC15-64Y4A102P AW530C组压力15-65B2P EW544C组压力传感器15-83Y2A113P AW532D组流量D15-83Y4A103P AW534D组压力15-84B2P EW548D组压力传感器15-88Y3A4

30、18A15.018#油缸卸荷15-88Y5A419A15.119#油缸卸荷pre-A15-88Y7A420A15.220#油缸卸荷4relief15-89Y3A401A15.31#油缸卸荷valve15-89Y5A402A15.42#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15-94Y315-94Y5A406A407A16.5A16.66#油缸卸荷7#油缸卸荷15-98Y3A408A17.48#油缸卸荷15-98Y5A409A17.59#油缸卸荷C15-98Y7A410A17.610#油缸卸荷15-99Y3A411A17.711#油缸卸荷15-99Y5A412A18.012#油缸卸荷15-103Y3A413A18.613#油缸卸荷15-103Y5A414A18.714#油缸卸荷D15-103Y7A415A19