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摘要：随着轨道交通和地下空间开发市场的扩大，对隧道掘进机的需求量不断提高，直接推动了国内隧道掘进机国产化进程的加快。目前实现了隧道掘进机大部分钢结构件国产化，例如刀盘。许多辅助部件国产化，然而液压系统作为隧道掘进机的心脏，在隧道掘进机各系统中占有重中之重的地位，目前仍需要依赖国外进口，使得我国地下工程建设面临高额的施工成本和技术上受制于人的尴尬境地[1]。因此迫切需要实现隧道掘进机液压系统的国产化，消化吸收并优化创新，改变技术受制于人局面，增强我国装备制造业实力，提高产品的竞争力。
关键词：隧道掘进机；泵站；液压集成块；国产化
1研究内容
一个液压系统性能的优劣，主要取决与泵站、集成控制块、油缸等关键模块，由于隧道掘进机系统复杂，元件众多，使得液压系统的优化设计以及国产化变得更加困难。本文结合生产实践，就隧道掘进机液压系统目前存在问题，对隧道掘进机液压系统的泵站、集成块等关键模块进行国产化优化设计。
2泵站国产化设计
2.1液压油箱国产化设计
目前常用的油箱材料有：工程塑料、铝合金、碳钢和不锈钢。工程塑料的油箱用于手提式液压工具，铝合金多用于工程车辆，低碳钢价格低廉、易于加工和焊接，但是低碳钢油箱表面喷漆易开裂脱落。而不锈钢在大气、水蒸气、淡水等弱腐蚀介质中耐腐蚀或具有不锈性[2]，采用不锈钢制作的油箱不用表面处理，只需焊缝处钝化，清洗干净，可有效的防止水蒸气锈蚀，保持油箱内油液的清洁。因此选用国产304不锈钢制作油箱，采用箱体外氩弧焊提高焊接质量，焊后进行检测。
2.2变量泵系统国产化设计
变量泵在变量控制装置的作用下能够根据工作的需要在一定范围内调整输出特性，采用变量泵的系统，具有显著的节能效果，近年来使用越来越广泛。隧道掘进机引进的液压系统上使用的泵全部为力士乐牌变量泵。在掘进中发现主推泵工作时发出间歇性啸叫，此泵为带负载控制敏感阀和远程压力控制的恒功率控制变量泵，同时在泵上加装1个3位4通的电磁换向阀和2个溢流阀来实现泵高低压控制见图1所示。
图2优化后主推泵原理图
3液压集成块国产化设计
3.1必要性分析
液压集成块是液压系统中的重要零件，设计过程复杂，结构灵活多样，同时液压集成块具有结构紧凑、元件密度高、占据面积小、运用方便灵活、易于实现标准化等优点，在液压系统中得到广泛应用[3-4]。液压系统的集成控制主要是将各种阀合理地放置到液压集成块各面上，并根据液压原理图，决定相关孔道的联通。这两项工作是交叉进行的，考虑阀放置位置时，就要考虑孔道相通问题，而在安排孔道相通情况时，又要变动阀的位置。
3.2液压集成块国产化思路
液压集成块设计时要满足以下要求：首先要满足液压系统的动作要求，其次要液压集成块布局合理、元器件紧凑，保证安装在集成块上元件装配合理，互不干涉，而最重要的是要保证内部孔道连通，无薄壁孔，并尽量减少工艺孔。随着近年来计算机技术飞速发展，三维设计在液压集成块合理布置孔道的位置中，显现出巨大优势，借助Solidworks三维建模工具，建立了一套隧道掘进机液压集成块国产化设计流程。在很多机械零部件的测试标准和要求中都有关于耐久的项目，其耐久的形式主要是对被试样件施加一定载荷或者使其产生一定的位移和变形，使样件在经历规定次数的耐久循环后再测量其性能参数有无下降，或者是否发生失效和损坏现象。因此在产品的耐久测试中需要有相应的耐久测试系统。行业中有许多相关的疲劳试验机，其中液压伺服多通道疲劳试验机就是一种功能强大的耐久测试系统，但是这种设备的成本极高，许多小企业无法购置这种价格高昂的液压伺服多通道疲劳试验机。
为了满足相关零件的机械耐久测试要求，同时降低设备的成本，有必要开发一套通用性较强、加载力大、加载位移可测可调的耐久测试系统。在该项目中采用液压缸向样件提供加载力，在液压缸上安装有位移传感器，使用PLC开发设备的控制系统。
3.3液压集成块国产化成果
设备对被试样件进行测试的流程是在样件安装好以后，计入控制系统设定试加载位移和循环次数等参数，然后启动液压泵对系统进行调试。在调试过程中主要是调节液压系统的压力和流量，并将液压缸升出位置调节到原点。系统调试好后，在控制系统中选择加载的循环方式， 启动自动测试程序。系统自动对被试样件进行耐久测试， 在测试过程中系统自动记录试验循环次数，当达到设定的循环次数后，系统自动停止，测试结束。隧道掘进机液压控制油路主要包括部分：主推控制油路；辅推控制油路；铰接控制油路；稳定器控制油路；撑靴控制油路；辅助撑靴控制油路；皮带伸缩控制油路；皮带马达及张紧油路；拼装机控制油路等。考虑到控制阀组的距离、加工尺寸、动作控制要求以及现场液压工作元件的分布，将各个控制油路又划分成不同的控制组进行阀组设计。
结束语：
本文通过隧道掘进机关键模块液压泵站和液压集成块国产化研究，优化了隧道掘进机液压系统，并总结出一套隧道掘进机液压集成块的设计思路，通过成果证明，设计思路科学，能为后续液压系统国产化提供可借鉴经验，提高隧道掘进机装备设计能力和市场竞争力。但是在提高液压集成块加工工艺精度方面，还需要深入探究。
参考文献：
[1]朱雪峰.盾构机国产化的探讨[J].建筑机械，2010（03）：71-73.
[2]王伟.液压油的污染、危害及控制[J].液压与气动，2004（01）：57-59.
[3]左岗永，徐双用.液压集成块设计要点分析[J].煤矿机电，2018（05）：10-11，15.
[4]陈丽华，朱兴龙，陈书乔.液压系统集成块设计方法的研究[J].泰州职业技术学院学报.
[5]肖世耀，罗成辉.SolidWorks在液压集成块设计中的应用[J].机床与液压，2017，45（04）：149-153.
论文作者:张峰
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/3
标签：集成块论文; 液压论文; 隧道论文; 油路论文; 液压系统论文; 掘进机论文; 耐久论文; 《防护工程》2019年第4期论文;