一种TBM节能型衬砌系统的制作方法

本发明涉及全断面岩石隧道掘进机设计与施工技术领域，具体涉及一种TBM节能型衬砌系统。

背景技术：

全断面岩石隧道掘进机简称TBM，随着人力成本的逐渐增加，山岭隧道的钻爆法施工也逐渐被凿山巨龙—TBM机械化施工代替，TBM施工的重要工序隧道衬砌系统也越来越受到重视，隧道衬砌是TBM刀盘掘进后的关键工序。隧道衬砌系统包括混喷系统、液压控制系统、电气控制系统。混喷以前主要是人工喷浆，不仅不节能，而且反弹高，混凝土损耗大，又不好收集，造成施工现场喷浆环境差、环保性差，粉尘污染严重；没有采用机械式执行机构，灵活度和精确度较低，不易控制和监控；此外现有的TBM的衬砌系统一直处于高压待机和节流工作的高耗能状态，输送管路长易出现堵塞，故障率高。

技术实现要素：

针对上述背景技术的不足，本发明提供了一种TBM节能型衬砌系统，用以解决现有技术中TBM不节能，耗能大，混凝土损耗大，灵活度和精确度较低，不易控制和监控，输送管路易堵塞的技术问题。

本发明的技术方案是：一种TBM节能型衬砌系统，包括大臂系统、托泵系统、环形轨道系统、与拖车主体相连接的臂架泵站、电气控制柜；大臂系统安装在环形轨道系统的上方，环形轨道系统与拖车主体相连接，托泵系统安装在拖车主体上且位于环形轨道系统的一侧，电气控制柜安装在拖车主体上且与大臂系统、托泵系统、环形轨道系统、臂架泵站相连接；大臂系统包括大臂、伸缩油缸，伸缩油缸与大臂相连接，大臂上设有240°摆动马达、60°摆动马达和刷动马达；托泵系统包括托泵支架、摆缸泵、主油缸泵、摆缸、控制泵、主油缸，托泵支架与拖车主体相连接，摆缸泵安装在托泵支架上且与摆缸相连接，主油缸泵安装在托泵支架上且与主油缸相连接，托泵支架上设有托泵油箱和主控制阀组，托泵油箱分别与摆缸泵、控制泵、主油缸泵相连接，主控制阀组分别与摆缸泵、控制泵、主油缸泵相连接；环形轨道系统包括环形轨道、环轨马达、平移油缸，环形轨道通过平移油缸与拖车主体相连接，环轨马达安装在环形轨道上且与大臂相连接。

所述臂架泵站包括臂架支座、臂架控制阀组，臂架支座安装在拖车主体上，臂架支座上设有臂架油箱和臂架泵，臂架油箱与臂架泵相连接，臂架控制阀组安装在臂架支座上且分别与环轨马达、平移油缸、240°摆动马达、60°摆动马达和刷动马达相连接。

所述臂架控制阀组与臂架泵之间连接有LS反馈管路。

所述电气控制柜包括柜体和主控制器，柜体安装在拖车主体上，主控制器安装在柜体内。

所述主油缸泵的出口设有压力传感器。

主控制器分别与压力传感器、LS反馈管路相连接。

工作原理为：电气控制柜控制托泵系统的主控制阀组，主控制阀组协调控制主油缸和摆缸进行泵送混凝土，与此同时，电气控制柜同时控制大臂系统的大臂沿环形导轨运动和环形轨道做前后移动；此时托泵系统泵送出的混凝土可以顺着环形轨道和大臂到达喷嘴,和速凝剂充分混合后在低压空气的作用下喷出,进行TBM施工后隧道的加固衬砌工作；工作过程中电气控制柜根据LS反馈管路的反馈，实时自适应的调节臂架泵总成压力和流量与工况相匹配，当混喷系统处于工序衔接的停机阶段时，系统自动调整到低压待机状态；当压力传感器检测到压力异常升高到警戒值时，立即控制主控制阀组启动反泵反抽一两次，压力降到正常值后继续泵送。

本发明采用自适应工况的多自由度协同工作的节能负载敏感大臂系统节能效果非常明显，经有效对比节能至少30%以上。此外，智能超前反泵的托泵系统能将泵送过程中经常出现的堵管故障消除在萌芽状态，经统计能将原每班堵管两三次有效控制在几乎不堵管，节约了堵管造成的停机疏通，混凝土损耗等能量损失，减小了输送管路堵塞概率，是一项不可多得的节能环保绿色发明。本发明具有智能调节性、非线性、自适应的时变特点，调节智能灵活，实时感应准确，有效降低了衬砌系统能耗和混凝土损耗，提高工作效率，具有较高的实用性和市场价值。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明平面布置图。

图3为本发明控制系统图。

具体实施方式

实施例1：如图1-3所示，一种TBM节能型衬砌系统，包括大臂系统1、托泵系统2、环形轨道系统3、与拖车主体6相连接的臂架泵站4、电气控制柜5；大臂系统1安装在环形轨道系统3的上方，环形轨道系统3与拖车主体6相连接，托泵系统2安装在拖车主体6上且位于环形轨道系统3的一侧，电气控制柜5安装在拖车主体6上且位于臂架泵站4的一侧且与大臂系统1、托泵系统2、环形轨道系统3、臂架泵站4相连接，电气控制柜5控制大臂系统1、托泵系统2、环形轨道系统3、臂架泵站4的相关动作。大臂系统1包括大臂101、伸缩油缸102，伸缩油缸102与大臂101相连接，大臂上设有240°摆动马达103、60°摆动马达104和刷动马达105；托泵系统2包括托泵支架201、摆缸泵202、控制泵203、主油缸泵204、摆缸205、主油缸206，托泵支架201与拖车主体6相连接，摆缸泵202安装在托泵支架201上且与摆缸205相连接，主油缸泵204安装在托泵支架201上且与主油缸206相连接，托泵支架201上设有托泵油箱207和主控制阀组209，托泵油箱207分别与摆缸泵202、控制泵203、主油缸泵204相连接，主控制阀组分别与摆缸泵、控制泵、主油缸泵相连接；环形轨道系统3包括环形轨道301、环轨马达302、平移油缸303，环形轨道301通过平移油缸303与拖车主体6相连接，环轨马达302安装在环形轨道301上且与大臂101相连接。

实施例2：如图1-3所示，一种TBM节能型衬砌系统，包括大臂系统1、托泵系统2、环形轨道系统3、与拖车主体6相连接的臂架泵站4、电气控制柜5；大臂系统1安装在环形轨道系统3的上方，环形轨道系统3与拖车主体6相连接，托泵系统2安装在拖车主体6上且位于环形轨道系统3的一侧，电气控制柜5安装在拖车主体6上且位于臂架泵站4的一侧且与大臂系统1、托泵系统2、环形轨道系统3、臂架泵站4相连接；大臂系统1包括大臂101、伸缩油缸102，伸缩油缸102与大臂101相连接，大臂自身可通过伸缩油缸实现大臂相对环形轨道的前后移动；大臂一端上设有240°摆动马达103、60°摆动马达104、刷动马达105和喷嘴106，240°摆动马达103，可以左右摆动240°，60°摆动马达104可以前后摆动60°240°摆动马、60°摆动马达及刷动马达105的单项运动和其复合运动可以实现喷嘴的多自由度灵活运动。托泵系统2包括托泵支架201、摆缸泵202、控制泵203、主油缸泵204、摆缸205、主油缸206，托泵支架201与拖车主体6相连接，摆缸泵202安装在托泵支架201上且与摆缸205相连接，摆缸泵为摆缸的运动提供动力，摆缸实现托泵系统泵送和反泵功能；主油缸泵204安装在托泵支架201上且与主油缸206相连接，主油缸泵为主油缸的运动提供动力并为其供油，主油缸用于托泵系统泵送混凝土；托泵支架201上设有托泵油箱207和主控制阀组209，托泵油箱207分别与摆缸泵202、控制泵203、主油缸泵204相连接为其供油；控制泵203为主油缸泵斜盘变量提供动力。主控制阀组209与摆缸泵202、控制泵203、主油缸泵204相连接，通过主控制阀组可实现主油缸泵换向、排量调节和压力保护，电气控制柜通过主控制阀组控制主油缸泵换向来实现主油缸换向，同时在主油缸运动到预设位置后控制摆缸自动换向，实现托泵系统泵送和反泵功能。环形轨道系统3包括环形轨道301、环轨马达302、平移油缸303，环形轨道301通过平移油缸303与拖车主体6相连接，实现环形轨道的前后运动；环轨马达302安装在环形轨道301上且与大臂101相连接，大臂在环轨马达的驱动作用下可在环形轨道上做圆周运动，实现灵活喷浆。

所述臂架泵站4包括臂架支座401、臂架控制阀组404，臂架支座401安装在拖车主体6上，臂架支座401上设有臂架油箱402和臂架泵403，臂架油箱402与臂架泵403相连接，为臂架泵供油；臂架控制阀组404安装在臂架支座401上且分别与环轨马达302、平移油缸303、240°摆动马达103、60°摆动马达104和刷动马达105相连接，通过臂架控制阀组对环轨马达302、平移油缸303、240°摆动马达103、60°摆动马达104和刷动马达105的控制，可以实现喷嘴的灵活运动和均匀喷浆。所述臂架控制阀组404与臂架泵403之间连接有LS反馈管路，可实现臂架相关动作的自适应负载敏感控制。根据工况、喷射方量和喷射厚度的多变性，实时自适应的调节臂架泵总成压力和流量与工况相匹配，当混喷系统处于工序衔接的停机阶段时，系统自动调整到低压待机状态。所述电气控制柜5包括柜体501和主控制器502，柜体501安装在拖车主体6上，主控制器502安装在柜体501内，主控制器可对整个系统进行控制。所述主油缸泵204的出口设有压力传感器208，主控制器502与压力传感器208相连接，当电气控制柜采集压力传感器信号，检测到压力异常升高到警戒值时，立即控制主控制阀组启动反泵反抽一两次，压力降到正常值后继续泵送。电气控制柜通过主控制器502与臂架控制阀组404相连接，可实现对大臂前后和圆周运动的控制。

工作过程：电气控制柜控制托泵系统的主控制阀组，主控制阀组协调控制主油缸和摆缸进行泵送混凝土，与此同时，电气控制柜同时控制大臂系统的大臂沿环形导轨运动和环形轨道做前后移动；此时托泵系统泵送出的混凝土可以顺着环形轨道和大臂到达喷嘴,和速凝剂充分混合后在低压空气的作用下喷出,进行TBM施工后隧道的加固衬砌工作；工作过程中电气控制柜根据LS反馈管路的反馈，实时自适应的调节臂架泵总成压力和流量与工况相匹配，当混喷系统处于工序衔接的停机阶段时，系统自动调整到低压待机状态；当压力传感器检测到压力异常升高到警戒值时，立即控制主控制阀组启动反泵反抽一两次，压力降到正常值后继续泵送。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。