螺旋輸送機(jī)后閘門(mén)緊急關(guān)閉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳良武，蒲曉波，馬 琳，許瑞鵬，王興龍

（中鐵工程裝備集團(tuán)技術(shù)服務(wù)有限公司，河南 鄭州 450000）

螺旋輸送機(jī)是盾構(gòu)重要的組成系統(tǒng)之一，主要將渣土從土倉(cāng)輸送到皮帶機(jī)。螺旋輸送機(jī)設(shè)有兩道下出渣閘門(mén)，閘門(mén)開(kāi)口的大小將影響出料的流動(dòng)狀態(tài)，閘門(mén)的開(kāi)度可根據(jù)掘進(jìn)速度在主控室進(jìn)行控制，合適的開(kāi)口量可使出料的飛濺程度降到最小，通過(guò)調(diào)節(jié)排土量來(lái)實(shí)現(xiàn)土塞效應(yīng)，形成良好的排土止水效果，可起到調(diào)節(jié)土倉(cāng)壓力的作用[1]。當(dāng)盾構(gòu)突然斷電，后閘門(mén)必須能夠自行關(guān)閉，以免土壓降低造成開(kāi)挖面塌陷影響盾構(gòu)施工的安全及質(zhì)量。

1 螺旋輸送機(jī)后閘門(mén)液壓系統(tǒng)原理圖

螺旋輸送機(jī)緊急關(guān)閉系統(tǒng)要求在隧道斷電后后閘門(mén)能夠自動(dòng)或手動(dòng)關(guān)閉、開(kāi)啟。螺旋輸送機(jī)后閘門(mén)的關(guān)閉由液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，本文設(shè)計(jì)了一種具備螺旋輸送機(jī)后閘門(mén)緊急關(guān)閉功能的液壓控制系統(tǒng)，選取皮囊式蓄能器作為應(yīng)急能源使用。

如圖1所示，正常工作時(shí)由液壓泵站為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力油源來(lái)控制閘門(mén)的關(guān)閉及開(kāi)度，并對(duì)蓄能器進(jìn)行壓力油源的填充，當(dāng)系統(tǒng)斷電泵站不能提供壓力油源時(shí)，由蓄能器釋放液壓能使油缸運(yùn)動(dòng)，由手動(dòng)換向閥來(lái)控制油缸的伸出或者回縮，從而控制螺機(jī)后閘門(mén)的關(guān)閉及開(kāi)度控制。

2 正常情況下工作原理

圖1 螺旋機(jī)緊急關(guān)閉液壓系統(tǒng)原理圖

電磁換向閥6得電關(guān)閉、手動(dòng)換向閥5左位工作、球閥10打開(kāi)，壓力油經(jīng)過(guò)減壓閥1到達(dá)電磁換向閥3、并同時(shí)通過(guò)單向閥7向蓄能器9填充壓力油。電磁閥3由主控室發(fā)出的電信號(hào)控制，當(dāng)電磁閥3左位導(dǎo)通工作時(shí)，壓力油經(jīng)平衡閥4、球閥10到達(dá)油缸11的無(wú)桿腔，油缸伸出使螺機(jī)的后閘門(mén)打開(kāi)，調(diào)整油缸11的伸出行程即可調(diào)節(jié)后閘門(mén)的開(kāi)度；當(dāng)電磁閥3右位得電導(dǎo)通工作時(shí)，壓力油經(jīng)平衡閥4、球閥10到達(dá)油缸11的有桿腔，油缸縮回使后閘門(mén)關(guān)閉。通過(guò)控制油缸11的行程來(lái)控制螺機(jī)后閘門(mén)的開(kāi)度，以達(dá)到控制出料狀態(tài)及土倉(cāng)壓力的目的，螺機(jī)后閘門(mén)的開(kāi)度由油缸11內(nèi)置的拉線位移傳感器12反饋給上位機(jī)，以便根據(jù)土倉(cāng)壓力實(shí)時(shí)的調(diào)整螺機(jī)后閘門(mén)的開(kāi)度。系統(tǒng)壓力由減壓閥1進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此調(diào)整油缸及后閘門(mén)的關(guān)閉或開(kāi)啟力。

3 系統(tǒng)斷電時(shí)緊急情況下工作原理

常規(guī)情況下當(dāng)盾構(gòu)系統(tǒng)斷電液壓泵無(wú)法工作提供壓力油源時(shí)，電磁閥3保持中位不工作，單向閥7關(guān)閉，電磁換向閥6失電導(dǎo)通、手動(dòng)換向閥5左位工作導(dǎo)通、球閥10打開(kāi)，蓄能器9中儲(chǔ)存的壓力油經(jīng)過(guò)電磁換向閥6、手動(dòng)換向閥5到達(dá)油缸11的有桿腔，油缸縮回使后閘門(mén)關(guān)閉而保持盾構(gòu)土倉(cāng)壓力穩(wěn)定；同時(shí)蓄能器9中儲(chǔ)存的壓力油經(jīng)過(guò)電磁換向閥6，使雙向平衡閥4的右位打開(kāi)，油缸11有桿腔中的油液通過(guò)平衡閥4右位、電磁換向閥3中位、單向閥2返回油箱。

特殊情況下當(dāng)后閘門(mén)緊急關(guān)閉過(guò)程中，存在石塊等卡主閘門(mén)致使其無(wú)法進(jìn)一步關(guān)閉時(shí)，需要將閘門(mén)打開(kāi)進(jìn)行掏出石塊等處理后再次進(jìn)行關(guān)閉，此時(shí)工作原理為：蓄能器9中儲(chǔ)存的壓力油經(jīng)過(guò)電磁換向閥6、手動(dòng)換向閥5的右位工作到達(dá)油缸11的有桿腔，油缸伸出使后閘門(mén)開(kāi)啟而進(jìn)行石塊等的處理；蓄能器9中儲(chǔ)存的壓力油同時(shí)通過(guò)手動(dòng)換向閥5的右位使雙向平衡閥4的左位打開(kāi)，油缸11有桿腔中的油液通過(guò)平衡閥4右位、電磁換向閥3中位、單向閥2返回油箱。當(dāng)后閘門(mén)需要再次關(guān)閉時(shí)，參照常規(guī)情況下盾構(gòu)系統(tǒng)斷電時(shí)的工作原理。

4 緊急關(guān)閉系統(tǒng)計(jì)算

通過(guò)上述原理分析可以看出蓄能器容積的選擇至關(guān)重要。下面以廈門(mén)地鐵某項(xiàng)目用到的緊急關(guān)閉液壓系統(tǒng)進(jìn)行蓄能器的選型計(jì)算。

盾構(gòu)后閘門(mén)伸縮油缸的規(guī)格為80mm/50mm-850mm,共2根。

V無(wú)=A無(wú)×S行程=4.3L，油缸全部伸出所需油液。

V有=A有×S行程=2.6L，油缸全部縮回所需油液。

系統(tǒng)斷電后，利用蓄能器9中儲(chǔ)備的液壓能將閘門(mén)關(guān)閉，關(guān)閉過(guò)程中若遇石塊等卡住使閘門(mén)無(wú)法全部關(guān)閉時(shí)，將閘門(mén)打開(kāi)清理卡滯物后再次關(guān)閉閘門(mén)；整個(gè)過(guò)程需要閘門(mén)控制油缸縮回2次、伸出1次，則其所需油液為

蓄能器有效釋放油液量

蓄能器所需的有效容積[2]

式中P0——蓄能器預(yù)充氣體壓力，P0=80bar；

P1——蓄能器排出液壓油最低有效壓力，P1=80bar；

P2——蓄能器排出液壓油最高有效壓力，P2=200bar；

V0——蓄能器有效氣體容積；

V1——蓄能器在P1時(shí)的有效氣體容積；

V2——蓄能器在P1時(shí)的有效氣體容積。

計(jì)算得出

考慮實(shí)際工作時(shí)泄漏等情況建議按照不小于1.5倍的安全系數(shù)進(jìn)行蓄能器選取，結(jié)合常用蓄能器型號(hào)，建議蓄能器的有效容積應(yīng)選取為50L比較適宜。