Насос с переменным смещением осьного поршневого насоса Rexroth A4VSG в гидравлических системах ТБМ: инновационные решения для применения

1Введение: Основные требования к гидравлическим системам ТБМ

В современном строительстве тоннелей, туннельные буровые машины (ТБМ) служат критическим оборудованием, чьи показатели напрямую определяют эффективность и качество проекта.функционирует как "сердце" ТБМ, обеспечивает основные функции, включая тягу, привод резки и эрекцию сегмента.Аксиальные поршневые насосы переменного смещения серии Rexroth A4VSG стали предпочтительным гидравлическим источником питания для мировых производителей ТБМ из-за их выдающихся характеристик и надежности.

С момента своего развития в середине 20-го века технология осевых поршневых насосов стала незаменимым ключевым компонентом в гидравлических системах высокого давления.В сравнении с традиционными насосами и насосами для свинца, насосы с переменным смещением коленного поршня предлагают значительные преимущества, включая высокое рабочее давление, объемную эффективность,и широкий диапазон регулировки потока, что делает их особенно подходящими для требовательных приложений ТБМ.

2. Технические характеристики насосов Rexroth A4VSG с переменным смещением

2.1 Инновационная концепция проектирования

Серия Rexroth A4VSG оснащена конструкцией с изменяемым смещением осьного поршня, которая достигает бесступенчатой регулировки смещения путем изменения угла смещения.Эта конструкция позволяет насосу автоматически регулировать выходный поток в соответствии с требованиями системы при сохранении постоянной скорости вращенияДля оборудования, такого как ТБМ с очень переменным грузом,Эта характеристика насосов с переменным смещением коленного поршня значительно улучшает эффективность использования энергии.

2.2 Ключевые параметры производительности

· Диапазон рабочего давления: максимум 400 бар, непрерывная работа при 350 бар, удовлетворяющая гидравлическим требованиям ТБМ высокого давления

· Диапазон смещения: 28-1000 мл/об., охватывающие потребности в мощности для различных спецификаций ТБМ

· Объемная эффективность: до 98%, минимизируя потери энергии

· Контроль шума: Оптимизированная конструкция поршней и туфли обеспечивает уровень шума работы ниже 80 дБ

2.3 Конструкция повышения надежности

Чтобы удовлетворить потребность в непрерывной работе в ТБМ, осевой поршневый насос A4VSG включает в себя несколько технологий повышения надежности:

· Высокопрочный узеловой корпус из чугуна с отличной устойчивостью к ударам и вибрациям

· Противопоглощающие колонки и специально обработанные цилиндровые отверстия для повышенной износостойкости

· Оптимизированное расположение подшипников, увеличивающее срок службы

· Интегрированные интерфейсы датчиков температуры и давления для мониторинга состояния

3Архитектура гидравлической системы ТБМ и позиционирование приложений A4VSG

3.1 Типичный состав гидравлической системы ТБМ

Современные гидравлические системы ТБМ обычно состоят из следующих подсистем:

· Основная тяговая система: обеспечивает переднюю тягу

· Система привода резки: питает вращающееся режущее колесо

· Система монтажа сегментов: точно управляет манипуляторами монтажа сегментов

· вспомогательные системы: включает в себя заправку, транспортировку грязи и другие вспомогательные функции

Среди этих подсистем насосы с переменным смещением коленного поршня в первую очередь обслуживают основные системы тяги и привода резки, которые имеют самые высокие требования к мощности.

3.2 Типичные решения конфигурации A4VSG для ТБМ

Конфигурационные решения для осевых поршневых насосов A4VSG различаются в зависимости от диаметра ТБМ и геологических условий:

- Что?Раствор TBM малого/среднего диаметра (ниже φ6m):

· Основная тяговая система: 2×A4VSG 250 осевых поршневых насосов с управлением чувствительностью нагрузки

· Привод резки: 1×A4VSG 500 осевой поршневый насос с постоянным регулированием мощности

· Общая мощность: примерно 500-800 кВт

- Что?Раствор TBM большого диаметра (выше φ6m):

· Основная тяговая система: 4×A4VSG 355 осевых поршневых насосов с регулировкой давления в зонах

· Движение резной головки: 2×A4VSG 750 осевых поршневых насосов с переменной частотой + управление соединением постоянной мощности

· Общая мощность: 1200-2000 кВт

4Основные технические преимущества осевых поршневых насосов A4VSG в ТБМ

4.1 Точное регулирование силы тяги

Движение ТБМ требует корректировки тяги и скорости в режиме реального времени в соответствии с геологическими условиями.Аксиальные поршневые насосы A4VSG, оборудованные электронным пропорциональным управлением (HD-контроль) или управлением чувствительностью нагрузки (DA-контроль), позволяют:

· Точность скорости движения до 0,1 мм/с

· Независимая регулировка давления для нескольких цилиндровых групп

· Автоматическая коррекция отклонения для поддержания точности оси туннелирования

4.2 Эффективное сопоставление мощности

Традиционные насосные системы с фиксированным объемом расхода значительное количество энергии во время работы ТБМ с низкой нагрузкой.А4VSG осевые поршневые насосы с переменным смещением достигаются посредством контроля постоянной мощности или контроля загрузки:

· Экономия энергии более 30%

· Уменьшение повышения температуры гидравлического масла, увеличение срока службы жидкости

· Уменьшение нагрузки на систему охлаждения

4.3 Приспособляемость к сложной геологии

Для различных геологических условий (мягкая почва, гравий, скалы и т. д.) осьные поршневые насосы A4VSG могут быстро регулировать параметры работы:

· Мягкий почвенный слой: низкое давление, высокий поток

· Склад твердой породы: высокое давление, низкий поток

· Смешанный слой: автоматическое переключение режима

5Интеллектуальная технология управления для A4VSGАксиальные поршневые насосы

5.1 Интеграция электронной системы управления

Современные осевые поршневые насосы A4VSG могут интегрировать несколько вариантов электронного управления:

· Пропорциональное регулирование соленоида: позволяет точно регулировать смещение

· Интерфейс шины CAN: Бесшовная связь с основной системой управления ТБМ

· Интерфейс мониторинга состояния: обратная связь в режиме реального времени с параметрами работы насоса

5.2 Интеллектуальные функции диагностики ошибок

Мониторинг ключевых параметров осевых поршневых насосов позволяет добиться раннего предупреждения о неисправности:

· Датчики вибрации обнаруживают состояние подшипника

· Анализ пульсации давления определяет износ поршня

· Мониторинг температуры предсказывает продолжительность жизни тюленей

5.3 Применение технологии цифровых близнецов

Сравнение операционных данных осевого поршневого насоса A4VSG с цифровыми моделями позволяет:

· Прогноз тенденции снижения производительности

· Оценка оставшейся жизни

· Определить оптимальное время обслуживания

6Типичные инженерные применения

6.1 Дело 1: Проект городского тоннеля метро

Параметры проекта:

· Диаметр ТБМ: 6,28 м

· Длина тоннеля: 3,2 км

· Геологические условия: чередование слоев мягкой почвы и гравия

Конфигурация гидравлической системы:

· Основная тяга: 3×A4VSG 355 осевые поршневые насосы

· Привод резки: 2×A4VSG 500 осевых поршневых насосов

Результаты операции:

· Средняя авансовая ставка достигла 12 м/день

· Никаких сбоев гидравлической системы

· 28% экономии энергии по сравнению с традиционными системами

6.2 Случай 2: Проект речного туннеля

Проблемы проекта:

· Высокое давление воды (0,6 МПа)

· Длинные туннели (5,8 км)

· Сложная геология (мягкие почвы, зоны переломов пород)

Решение:

· Избыточная конструкция с использованием осевых поршневых насосов A4VSG

· Интеллектуальная конфигурация системы компенсации давления

· Реализация дистанционного мониторинга состояния

Достижения проекта:

· Составил ежемесячный рекорд заранее 456 метров

· Надежность гидравлической системы достигла 99,98%

· Получил награду за технологические инновации владельца

7. Руководство по техническому обслуживанию и устранению неполадок

7.1 Пункты рутинного обслуживания

Для обеспечения оптимальной производительности осевого поршневого насоса A4VSG в применении в ТБМ:

· Проверяйте чистоту жидкости каждые 500 часов (ISO 4406 18/16/13)

· Проверяйте фильтр всасывания насоса каждые 1000 часов

· Испытание объемной эффективности насоса каждые 2000 часов

· Регулярно проверяйте выравнивание сцепления и вибрацию трубопровода

7.2 Общее устранение неполадок

- Что?Вопрос 1: Недостаточный объем выпуска - Что?
Возможные причины:

· Механизм регулировки пластинки

· Недостаточное давление управления

· Износ поршней

Решения:

· Проверить давление в управляющей цепи

· Испытание свободы движения пластинки

· Измеряйте расстояние между поршнем и блоком цилиндра

- Что?Вопрос 2: Аномальный шум - Что?
Возможные причины:

· Кавитация из-за недостаточного всасывания

· Повреждение груза

· Износ поршневых тапочек

Решения:

· Проверить фильтр всасывания

· Спектр вибрации подшипника монитора

· Разборка для исследования критических пар трения

8. Будущие тенденции развития и Технологические перспективы

8.1 Направления развития технологии осевых поршневых насосов

· Более высокие номинальные давления: Цель непрерывной работы 450 бар

· Интеллектуальное адаптивное управление: Самообучающаяся оптимизация параметров на основе условий эксплуатации

· Применение новых материалов: Керамические поршни, композитные подшипники и т.д.

· Более компактные конструкции: 30% более высокая плотность мощности

8.2 Инновации гидравлической системы ТБМ

· Гибридные энергосистемы: Комбинированный осевой поршневый насос и электрические двигатели цилиндров

· Технология восстановления энергии: Использование A4VSG в режиме двигателя для восстановления тормозной энергии

· Полные электрогидравлические системы: Устранение пилотной гидравлики с полным электронным управлением

9Заключение.

Аксиальный поршневый насос с переменным смещением Rexroth A4VSG стал основным компонентом мощности в современных гидравлических системах TBM благодаря его высокой эффективности давления, интеллектуальному управлению,и надежной долговечностиС помощью оптимизированного дизайна и интеллектуальных технологий управления,A4VSG не только отвечает строгим эксплуатационным требованиям к ТБМ, но и демонстрирует исключительные характеристики в области энергосбережения и интеллектуального обслуживания..

По мере того, как строительство туннелей продвигается к более глубоким, длинным и геологически сложным проектам,Технология осевых поршневых насосов будет продолжать внедрять инновации для обеспечения ТБМ более мощными и интеллектуальными решениями в области питанияКак мировой лидер в области гидравлических технологий, Рексрот по-прежнему стремится продвигать развитие осевых поршневых насосов, направляя гидравлические системы ТБМ на повышение эффективности, интеллекта,и экологической устойчивости.