CN106223964B - 一种盾构机主轴承密封压力控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利属于隧道工程施工装备领域，具体涉及一种盾构机主轴承密封压力控制方法，包括盾构机控制系统、HBW油脂油路和EP2油脂油路，该密封控制方法包括以下步骤：在盾构机系统的控制程序中设定ΔP 1 和ΔP 2 ，盾构机控制系统采集渣土仓的压力P 0 ，将HBW油脂压力与土舱的压力P 1 关联起来，P 0 为渣土仓压力，P 1 为先导式比例减压阀的压力，将EP2油脂压力与渣土仓的压力P 1 也关联起来，确保第一道密封腔和第二道密封腔之间有相对稳定的压力差。本发明在HBW油脂油路和EP2油脂油路中增加先导式比例减压阀，使得输送的压力能够根据盾构机控制系统的设定而改变，通过压力反馈，构成一个封闭的压力控制系统。渣土仓压力、第一道密封腔压力、第二道密封腔压力联动控制，能够构成一个动态的平衡。
Description
技术领域
本发明专利属于隧道工程施工装备领域，具体涉及一种盾构机主轴承密封控制系统。
背景技术
当前盾构机主轴承密封均采用多道唇形密封的形式，利用唇形密封圈将主轴承内外密封腔分割成多道相对独立的密封腔。第一道密封腔是开放的，与盾构机渣土仓相通，该道密封腔注入HBW油脂，利用油脂不断往外泄漏流动将渣土仓的渣土（泥水）阻挡住，防止其进入密封腔损坏密封结构。第二道密封腔注入EP2油脂起到密封润滑作用。盾构机在安装调试时，会根据具体工程的水土压力设定各密封腔的压力，并保证第二道密封腔压力小于第一道密封腔，以形成压力差，保证第一道唇形密封圈良好的密封状态。
在盾构机掘进过程中，由于地质条件、隧道线位的变化，盾构机渣土仓的压力是不断变化的。当前的主轴承密封供油方式是通过供油管路周期性的定量的向密封腔供油，出油口的压力通过安全阀来控制，由于安全阀的压力是事先调试好的，无法随着渣土仓压力的变化而变化。当地层条件好，自稳能力强的时候，渣土仓压力较小，此时第一道在设定压力下供HBW油脂会造成油脂消耗量较大，同时此时油脂流动过快，会造成第一道密封腔压力不稳，与第二道密封腔形成的压力差也不稳定，影响第一道唇形密封圈的密封状态；当地层条件不好，自稳能力较差，尤其是水下隧道，当地层被高压水贯通时，渣土仓的压力较大，此时第一道密封腔在设定压力供HBW油脂，引起渣土或泥水灌入的机率就比较高，影响密封效果和密封圈的使用寿命。这种基于开环控制原理的供油方式不能适应盾构机渣土仓的压力变化，难以保证良好的密封状态。
盾构施工过程中，若主轴承密封效果不好，将直接影响主轴承的使用寿命，给施工带来巨大的风险。因此，提高盾构机主轴承密封系统的适应能力，是保证盾构隧道，尤其是大埋深、高水压、长距离盾构隧道安全、顺利施工的关键。
发明内容
本发明针对现有技术存在现有盾构机主轴承密封控制系统存在的不适应地层压力变化的问题，提出一种盾构机主轴承密封控制系统。
本发明的技术方案是：一种盾构机主轴承密封压力控制方法，包括盾构机控制系统、HBW油脂油路和EP2油脂油路，该密封控制方法包括以下步骤：
步骤一：在盾构机系统的控制程序中设定ΔP 1 和ΔP 2 ，其中ΔP 1 为先导式比例减压阀的压力与渣土仓压力差值，其中ΔP 2 为第一道密封腔和第二道密封腔之间的压力差值，ΔP 1 >ΔP 2 ，且ΔP 1 和ΔP 2 不等0；
步骤二：盾构机控制系统采集渣土仓的压力P 0 ；
步骤三：盾构机系统利用控制程序设定盾构机主轴承第一道密封腔HBW油脂压力P 1 =P 0 +ΔP 1 ，将HBW油脂压力与土舱的压力P 1 关联起来，P 0 为渣土仓压力，P 1 为先导式比例减压阀的压力；
步骤四：盾构机系统利用控制程序设定盾构机主轴承第二道密封腔EP2油脂压力P 2 =P 1 -ΔP 2 ，将EP2油脂压力与渣土仓的压力P 1 也关联起来，确保第一道密封腔和第二道密封腔之间有相对稳定的压力差，其中P 2 为第二道密封腔压力为值。
所述的盾构机主轴承密封压力控制方法，所述ΔP 1 设定的具体方法为：盾构机控制系统的上位机设定ΔP 1 ，将其设置为较大值，使HBW油脂油路中HBW先导式比例减压阀的压力P 1 =P 0 +ΔP 1 先由ΔP 1 主导，HBW油脂注油口与第一密封腔相通，此时第一密封腔的压力为P 1 ；当渣土仓压力逐渐建立起来，P 0 增加到所需的值时，将ΔP 1 调小，让HBW油脂油路中HBW先导式比例减压阀的压力P 1 =P 0 +ΔP 1 由P 0 主导，保证第一密封腔的压力略大于渣土仓压力P 0 。
所述的盾构机主轴承密封压力控制方法，所述ΔP 2 设定的具体方法为：盾构机控制系统的上位机在HBW油脂注入第一道密封腔的同时，盾构机的控制系统采集HBW先导式比例减压阀的压力P 1 ，并设定EP2油脂油路上的EP2先导式比例减压阀的压力P 2 =P 1 -ΔP 2 ，EP2油脂注入口与第二道密封腔相通，此时第二道密封腔压力为P 2 ，确保ΔP 1 >ΔP 2 。
所述的盾构机主轴承密封压力控制方法，所述HBW油脂油路包括：HBW气动油源和HBW油脂注油口，HBW气动油源和HBW油脂注油口通过HBW供油管路连接，HBW供油管路上依次安装有HBW压力表、HBW二位二通电磁阀、HBW过滤器、HBW先导式比例减压阀和HBW压力传感器。
所述的盾构机主轴承密封压力控制方法，所述EP2油脂油路包括：EP2气动油源和EP2油脂注油口，EP2气动油源和EP2油脂注油口之间通过EP2供油管路连接，EP2供油管路上依次安装有EP2压力表、EP2二位二通电磁阀、EP2过滤器、EP2先导式比例减压阀和EP2压力传感器。
本发明的有益效果是：本发明在HBW油脂油路和EP2油脂油路中增加先导式比例减压阀，使得输送的压力能够根据盾构机控制系统的设定而改变，通过压力反馈，构成一个封闭的压力控制系统，渣土仓压力和第一道密封腔压力联动控制，第一道密封腔压力和第二道密封腔压力联动控制，能够构成一个动态的平衡，同时能够根据渣土仓压力自行调整第一道密封腔压力和第二道密封腔压力，能够有效的防止泥土进入第一道密封腔，并保证第二道密封腔压力小于第一道密封腔，以形成压力差，保证第一道唇形密封圈良好的密封状态。
附图说明
图1为HBW油脂控制原理图；
图2为EP2油脂控制原理图；
图3为主轴承密封结构图；
其中，1为HBW气动油源，2为HBW供油管路，3为HBW压力表，4为HBW二位二通电磁阀，5为HBW过滤器，6为HBW先导式比例减压阀，7为HBW压力传感器，8为EP2气动油源，9为EP2供油管路，10为EP2压力表，11为EP2二位二通电磁阀，12为EP2过滤器，13为EP2先导式比例减压阀，14为EP2压力传感器，15为EP2多点润滑泵，16为HBW油脂注入口，17为EP2油脂注入口，18为泄漏检测口，19为齿轮油注入口，20为第一道密封腔，21为第二道密封腔，22为第三道密封腔，23为主轴承内圈，24为第四道密封腔，25为第一道唇形密封圈，26为第二道唇形密封圈，27为第三道唇形密封圈。
具体实施方式
实施例1：结合图1-图2，一种盾构机主轴承密封压力控制方法，包括盾构机控制系统、HBW油脂油路和EP2油脂油路，该密封控制方法包括以下步骤：步骤一：在盾构机系统的控制程序中设定ΔP 1 和ΔP 2 ，其中ΔP 1 为先导式比例减压阀的压力与渣土仓压力差值，其中ΔP 2 为第一道密封腔和第二道密封腔之间的压力差值，ΔP 1 >ΔP 2 ，且ΔP 1 和ΔP 2 不等0；步骤二：盾构机控制系统采集渣土仓的压力P 0 ；步骤三：盾构机系统利用控制程序设定盾构机主轴承第一道密封腔HBW油脂压力P 1 =P 0 +ΔP 1 ，将HBW油脂压力与土舱的压力P 1 关联起来，P 0 为渣土仓压力，P 1 为先导式比例减压阀的压力；步骤四：盾构机系统利用控制程序设定盾构机主轴承第二道密封腔EP2油脂压力P 2 =P 1 -ΔP 2 ，将EP2油脂压力与渣土仓的压力P 1 也关联起来，确保第一道密封腔和第二道密封腔之间有相对稳定的压力差，其中P 2 为第二道密封腔压力为值。
ΔP 1 设定的具体方法为：盾构机控制系统的上位机设定ΔP 1 ，将其设置为较大值，使HBW油脂油路中HBW先导式比例减压阀的压力P 1 =P 0 +ΔP 1 先由ΔP 1 主导，HBW油脂注油口与第一密封腔相通，此时第一密封腔的压力为P 1 ；当渣土仓压力逐渐建立起来，P 0 增加到所需的值时，将ΔP 1 调小，让HBW油脂油路中HBW先导式比例减压阀的压力P 1 =P 0 +ΔP 1 由P 0 主导，保证第一密封腔的压力略大于渣土仓压力P 0 。
ΔP 2 设定的具体方法为：盾构机控制系统的上位机在HBW油脂注入第一道密封腔的同时，盾构机的控制系统采集HBW先导式比例减压阀的压力P 1 ，并设定EP2油脂油路上的EP2先导式比例减压阀的压力P 2 =P 1 -ΔP 2 ，EP2油脂注入口与第二道密封腔相通，此时第二道密封腔压力为P 2 ，确保ΔP 1 >ΔP 2 。
HBW油脂油路包括：HBW气动油源和HBW油脂注油口，HBW气动油源和HBW油脂注油口通过HBW供油管路连接，HBW供油管路上依次安装有HBW压力表、HBW二位二通电磁阀、HBW过滤器、HBW先导式比例减压阀和HBW压力传感器。
EP2油脂油路包括：EP2气动油源和EP2油脂注油口，EP2气动油源和EP2油脂注油口之间通过EP2供油管路连接，EP2供油管路上依次安装有EP2压力表、EP2二位二通电磁阀、EP2过滤器、EP2先导式比例减压阀和EP2压力传感器。
盾构机主轴承结构，主要包括HBW油脂主入口、EP2油脂主入口、泄漏检测口和齿轮油主入口，其中，HBW油脂主入口为第一道密封腔供油，EP2油脂主入口为第二道密封腔供油，泄漏检测口与第三道密封腔连通，第一道密封舱与第二道密封腔之间设置有第一道唇形密封圈，第二道密封腔和第三道密封腔之间设置有第二道唇形密封圈，第三道密封腔和第四道密封腔之间设置有第三道唇形密封圈。
实施例2，结合图1-图3，第一阶段：盾构机始发，渣土仓建立需要一定的时间，这段时间渣土仓压力P 0 较小，为使HBW油脂快速充满整个回路，此时通过盾构机控制系统的上位机设定ΔP 1 ，可以将其设置为较大值，使本油路中先导式比例减压阀的压力P 1 =P 0 +ΔP 1 先由ΔP 1 主导，HBW油脂注油口与第一密封腔相通，此时第一密封腔的压力为P 1 。当渣土仓压力逐渐建立起来，P 0 增加到所需的值时，将ΔP 1 再调小，让HBW油脂油路中先导式比例减压阀的压力P 1 =P 0 +ΔP 1 由P 0 主导，保证第一道密封腔的压力略大于渣土仓压力P 0 。
在HBW油脂注入第一道密封腔的同时，盾构机的控制系统在采集先导式比例减压阀的压力P 1 ，并设定EP2油脂油路上的先导式比例减压阀的压力P 2 =P 1 -ΔP 2 ，EP2油脂注入口与第二道密封腔相通，则此时第二道密封腔压力为P 2 。因此，在盾构机始发时，根据实际工况设定ΔP 1 ，确保ΔP 1 >ΔP 2 即可。
第二阶段：盾构机正常掘进，盾构机正常掘进时，前方地质情况的变化、盾构机运行参数的变化等都会影响渣土仓压力P 0 。当P 0 变化时，盾构机控制系统将实时采集的P 0 反馈到上位机，上位机根据设定好的程序，更新HBW油脂油路上先导式比例减压阀的压力P 1 ，使P 1 =P 0 +ΔP 1 ，HBW油脂油路上的注油口与第一道密封腔相通，则第一道密封腔的压力也随之变化；上位机根据设定好的程序，用新的P 1 的值设定EP2油脂油路上先导式比例减压阀的压力P 2 ，使P 2 =P 1 -ΔP 2 ，EP2油脂油路上的注油口与第二道密封腔相通，则第二道密封腔的压力也随之变化。
这样就完成了一次主轴承密封系统中HBW油脂和EP2油脂油路压力的更新，一方面确保了主轴承密封系统中HBW油脂压力P 1 和EP2油脂油路压力P 2 随渣土仓压力P 0 的变化而变化，另一方面能够保证第一道密封腔比第二道密封腔的压力稍大，且差值为ΔP 2 使两个密封腔之间有较稳定的压力差，以保证第一道唇形密封圈受力稳定，保持良好的密封状态。第三道密封腔的作用是泄漏检测，一般不注入油脂，第四道密封腔与齿轮箱相通，通过齿轮油注入口注入齿轮油。
Claims (3)
1.一种盾构机主轴承密封压力控制方法，包括盾构机控制系统、HBW油脂油路和EP2油脂油路，其特征在于；该密封控制方法包括以下步骤：
步骤一：在盾构机系统的控制程序中设定ΔP 1 和ΔP 2 ，其中ΔP 1 为先导式比例减压阀的压力与渣土仓压力差值，其中ΔP 2 为第一道密封腔和第二道密封腔之间的压力差值，ΔP 1 >ΔP 2 ，且ΔP 1 和ΔP 2 不等于0；
步骤二：盾构机控制系统采集渣土仓的压力P 0 ；
步骤三：盾构机系统利用控制程序设定盾构机主轴承第一道密封腔HBW油脂压力P 1 =P 0 +ΔP 1 ，将HBW油脂压力与渣土仓的压力P 0 关联起来，P 0 为渣土仓压力，P 1 为先导式比例减压阀的压力；
步骤四：盾构机系统利用控制程序设定盾构机主轴承第二道密封腔EP2油脂压力P 2 =P 1 -ΔP 2 ，将EP2油脂压力与渣土仓的压力P 0 也关联起来，确保第一道密封腔和第二道密封腔之间有相对稳定的压力差，其中P 2 为第二道密封腔压力值；
所述ΔP 1 设定的具体方法为：盾构机控制系统的上位机设定ΔP 1 ，将其设置为较大值，使HBW油脂油路中HBW先导式比例减压阀的压力P 1 =P 0 +ΔP 1 先由ΔP 1 主导，HBW油脂注油口与第一密封腔相通，此时第一密封腔的压力为P 1 ；当渣土仓压力逐渐建立起来，P 0 增加到所需的值时，将ΔP 1 调小，让HBW油脂油路中HBW先导式比例减压阀的压力P 1 =P 0 +ΔP 1 由P 0 主导，保证第一密封腔的压力略大于渣土仓压力P 0 ；
所述ΔP 2 设定的具体方法为：盾构机控制系统的上位机在HBW油脂注入第一道密封腔的同时，盾构机的控制系统采集HBW先导式比例减压阀的压力P 1 ，并设定EP2油脂油路上的EP2先导式比例减压阀的压力P 2 =P 1 -ΔP 2 ，EP2油脂注入口与第二道密封腔相通，此时第二道密封腔压力为P 2 ，确保ΔP 1 >ΔP 2 。
2.根据权利要求1所述的盾构机主轴承密封压力控制方法，其特征在于：所述HBW油脂油路包括：HBW气动油源和HBW油脂注油口，HBW气动油源和HBW油脂注油口通过HBW供油管路连接，HBW供油管路上依次安装有HBW压力表、HBW二位二通电磁阀、HBW过滤器、HBW先导式比例减压阀和HBW压力传感器。
3.根据权利要求1所述的盾构机主轴承密封压力控制方法，其特征在于：所述EP2油脂油路包括：EP2气动油源和EP2油脂注油口，EP2气动油源和EP2油脂注油口之间通过EP2供油管路连接，EP2供油管路上依次安装有EP2压力表、EP2二位二通电磁阀、EP2过滤器、EP2先导式比例减压阀和EP2压力传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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