摘要：螺旋输送机是盾构机的核心液压系统之一，与盾构的皮带系统一起负责渣土的输送。盾构机操作手需要从最基础的电气层面与机械液压层面了解螺旋输送机的控制、动作原理。通过对其电路的分析，了解螺旋输送机的控制系统；通过对其液压的分析，了解螺旋输送机的动作原理。文章以电气控制为导向机械液压为辅助，对螺旋输送机的启动条件进行简单分析。
关键词：螺旋输送机；启动条件；电气；液压；机械
1 总述
螺旋输送机简称螺机，螺机的主要结构有筒壁、螺轴、后出渣口、前出渣口、伸缩装置、液压驱动装置、观察口等机械液压结构。螺机前端固定在盾构机的前盾压力隔板上，螺轴伸入盾构土仓底部，通过液压驱动装置使螺轴转动，将渣土沿着螺机筒壁内侧往后输送；中部由一个直径在20公分左右的销子进行固定，并承担螺机大部分的重量；后部设有一个出渣口，出渣口下方则为皮带系统，通过螺机排出的渣土将由皮带系统继续往后输送。
螺机正常运转从电气的角度理解需要满足三个大方面的条件。第一个条件为外部启动条件，包括内循环水泵开启，空压机开启，黄油泵启动。第二个条件为电机启动条件，包括先导泵电机启动，螺旋机补油泵启动，辅助泵启动（螺旋机门伸缩），螺旋机泵启动，皮带机启动。第三个启动条件为螺机运转允许条件，包括控制模式选择完毕，高低速选择完毕，急停正常，速度旋转归零，泄漏油温度未超限，螺机油压未超限，螺机土压正常，黄油脉冲检测正常，前闸门完全开启，后闸门未完全关闭。
2 外部启动条件分析
螺机螺轴主要依靠液压驱动马达提供动力进行正反转。液压马达通过螺机减速机及减速箱最终与螺轴相连，通过马达的转动带动螺轴的转动。减速机为水冷形式，通过不断流动的低温冷水带走减速机内部齿轮油的油温。减速箱内部装有齿轮油，对减速箱内部的齿轮承担润滑冷却的作用。减速箱与外部螺轴带动的渣土通过密封进行隔离，为了保证密封的长期有效，需要在螺机运转时，自动注入连续不断的润滑油脂。
减速箱密封需要在螺机运转时进行连续不断的黄油注入，所以在螺机运转前打开空压机及黄油油脂泵，保证密封的润滑。减速机需要水冷，所以在螺机运转前打开内循环水泵，保证冷却水的循环，同时冷却水泵还有冷却空压机的功能。
3 电机启动电路走向分析
3.1 控制泵电机启动
螺机速度调节采用无级调速控制，并且有两个速度档位，第一档位为0~12转每分钟，第二档位为0~21转每分钟。速度调节通过控制主油泵的斜盘角度来实现，档位调节通过控制马达的斜盘角度来实现。斜盘角度的控制是由控制泵提供的高压液压油来实现，所以控制泵成为了螺机启动的先提条件之一。
3.2 辅助泵电机启动
螺机有两个伸缩油缸，主要负责螺轴的伸缩。螺机的伸缩主要有两个功能，第一个功能为脱困功能，当螺机转动扭矩比较大，可以通过螺机的伸缩松动螺机筒壁内部的渣土；第二功能为维修功能，将螺轴完全缩回，前闸门关闭，就可以打开观察窗观察螺机内部的渣土情况，也可以拆除螺机进行大修或者更换。辅助泵电机提供的高压液压油在螺机系统上主要负责前后闸门的开关及螺机的伸缩功能。
3.3 螺机补油泵电机启动
螺机液压系统为闭式系统，主要为了保证螺机液压系统的清洁。但是在螺机正常运转过程中，由于系统高压的原因，液压油温度会逐渐升高，所以闭式液压系统设置了卸油口及补油口，用于液压油的冷却。在螺机主泵启动之前，需要启动补油泵，用以保证系统的正常运转。
补油泵电机启动过程中是不带负载的，盾构PLC感应到补油泵电机启动之后，通过继电器的控制使电机带负载运转。补油泵正常启动后，会形成26Bar左右的压力，压力传感器形成4~20mA的直流电流反馈至PLC，PLC根据感应到的电流信号换算成补油压力数值，并在工控机上显示出来。只有当补油压力充足的情况下，螺机才能正常运转。
3.4 螺机主油泵电机启动
在螺机补油泵电机正常启动数秒后，通过主控室控制主油泵电机的启动。补油泵与主油泵的启动有先后顺序并有最低时间限制，保证补油泵能随时给主油泵供油的情况下才能启动主油泵。
3.5 皮带电机启动
螺机系统排出的渣土将由皮带系统负责输送，并最终输送至可移动式的渣土箱。若螺机系统正常运转后，皮带系统未启动，螺机排出的渣土将堆积在皮带上，导致其他故障。为了保证螺机系统的正常运转，皮带电机需要提前启动。
4 螺机运转允许条件
4.1 本地与远程的选择模式
在盾构机上有两个位置可以控制螺机的运转，第一个位置在主控室，属于远程控制点，第二个位置在设备桥右侧，属于现场控制点，可以在控制的同时观察螺机的反应。在两个控制点都有一个选择旋钮，可以选择远程控制或者现场控制。当两者同时选择远程控制时，可以在主控室控制螺机运转，反之则为现场控制螺机运转。若两种选择旋钮选择不一样，则螺机各种控制按钮失灵，螺机无法正常运转。
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4.2 高低速选择
螺旋机有两个速度档位，低速档位及高速档位，低速档位最高转速可达12转每分钟，高速档位的最高速度可达21转每分钟。通过选择旋钮可以控制螺机的速度档位，其是螺机正常运转的先提条件之一。
4.3 急停正常
螺机系统有两个急停开关，分别为螺机现场控制盒上的急停开关及运行-维护开关。在螺机系统发生紧急情况时，可以通过这两个急停开关的断开控制螺机系统的急停。老式盾构机中，螺机系统的急停除了影响螺机的运转之外，也会影响皮带系统及推进系统的急停。在盾构机正常运转过程中，螺机急停停止后，皮带需要继续运转，以使皮带上的渣土清空，可以通过线路的改动将两个系统的急停分开。
4.4 速度旋钮归零
螺机在转动之前，速度旋钮归零的作用是防止速度在没归零的情况下，螺机启动之后，对泵及马达形成太大的冲击，造成机械部件的损坏。故需要在螺机转动之前，速度归零，螺机开始转动之后，再慢慢提高螺机的速度，减少对泵及马达的冲击。
4.5 螺机泄漏油温未超限
螺机马达上有一个泄漏油温度传感器，负责监测泄漏油温度。在工控机的参数设置界面，可以设置螺机泄漏油温度的警告值及高限值。若温度达到警告值之后，PLC会发出报警信息；达到高限值，PLC除了发出报警信息之外，还会停止螺机系统的运转。
4.6 螺机油压未超限
在螺机高压出口处有压力传感器，可以检测螺机实时的运转油压，其发出的4~20mA电流信号被PLC接收，PLC根据内部的计算规则，换算出实际的螺机运转压力，并在工控机上显示出来。在工控机的参数设置界面，可以设置螺机压力高限。若螺机的实时运转压力超出这个压力限值时，PLC会发出报警信息并停止螺机系统的运转。
4.7 螺机土压正常
螺机上有两个土压检测传感器，分布于螺机的前部及后部，用于监测螺机内部渣土的压力。若螺机的土压传感器不正常导致PLC发出报警信息,螺机无法正常运转，可以通过长按复位按钮来进行临时的运转。
4.8 黄油脉冲检测正常
螺机主减速箱内部有齿轮油及各种传动齿轮，需要通过密封与外部的土水进行隔离，密封通过黄油的润滑来保证性能。螺机密封的黄油注入分为自动注脂及手动注脂，手动注脂需要维保人员每班手动注入，自动注脂则会与螺机同步运行，当螺机运转的时候，油脂泵打开，自动注脂开始。
在螺机自动注脂管路上安装脉冲检测传感器，传感器为接近开关，发出数字量信号，PLC根据点位上信号变化的频率来计算螺机的黄油脉冲，并在工控机上的辅助系统界面显示出来。假如PLC检测到的黄油脉冲数值太低，则会发出报警并停止螺机的运转。
4.9 前闸门完全开启
螺机的螺轴在正常运转的情况下，会穿过前闸门伸到土仓的位置。前闸门没有行程传感器来显示门的开度，若在不保证前闸门开到最大的情况下运转螺机，前闸门可能因为油缸的内卸慢慢关闭，最终卡住螺轴。由于上述原因的考量，在螺机运转之前，需要保证前闸门开到最大，即闸门左右两扇门的开启限位要起作用。
4.10 后闸门未完全关闭
有些盾构机为了防喷涌等类型的安全性考虑，会设置两个后闸门，其控制功能类似。后闸门的最小开度会影响到螺机的运转，假如螺机运转之后，后闸门却处于完全关闭的状态，螺机内部的土会被挤压导致渣土最终被卡在螺机内部。故后闸门的开度要达到一定的程度，螺机才允许运转，一般设置为50mm。
螺机的后闸门除了设置行程传感器外，在其开与关的极限位置还设置了限位开关。限位开关除了可以检测闸门的极限开度之外，还起到保护油缸的作用，防止油缸在到极限位置之后，油压继续作用导致油缸的损坏。
5 螺机正常运转
螺机上述各种启动条件满足的情况下，就可以按压螺机启动按钮，将螺机后闸门开到适当的大小，并通过速度调节旋钮慢慢调节螺机速度，使螺机的出土速度与推进速度相适应。当需要反转时，长按反转按钮，慢慢调节螺机速度。与正转的另一个不同点，螺机的反转速度最高只能达到5转每分钟。
6 结语
螺机的各种启动条件不是相互独立的，各个条件相互制约，最终形成一个相对复杂的螺旋输送机系统。盾构操作维保人员需要从机械、电气、液压等方面全面了解螺机的系统结构、动作运转及控制原理。通过这些基础知识的学习培训，日常工作过程中的故障模式熟悉以及故障解决方法的经验积累，最终对螺旋输送机系统有一个更加系统的的了解。
参考文献：
[1] 张凤祥.盾构隧道施工手册 [M]．北京：人民交通出版社，2005.
[2] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用 [M]. 北京：中国建筑工程出版社，2004.
[2] 姜晨光.地铁工程建造技术 [M]. 北京：化学工业出版社，2010.
作者简介：
李朗焕（1985-），男，湖南长沙人，供职于中铁五局集团城通工程有限责任公司，研究方向：盾构施工。
论文作者:李朗焕
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
标签：机运论文; 盾构论文; 闸门论文; 渣土论文; 油泵论文; 系统论文; 速度论文; 《基层建设》2018年第29期论文;