盾构管片拼装机系统启动条件分析

盾构管片拼装机系统启动条件分析

李朗焕

中铁五局集团电务城通工程有限责任公司湖南长沙410205

摘要：文章通过对拼装机运转的各种启动条件进行分析，加深对拼装机控制原理、运转模式的理解。在对拼装机进行启动条件分析的同时，着重对急停控制模式进行解析，了解拼装机急停的两种控制方法。通过对压力传感器临时电路替换方法的研究，深化自锁电路在盾构电路中的应用。

关键词：拼装机；启动条件；急停继电器；压力传感器；

1总述

当盾构推进油缸的伸出行程满足管片拼装状态时，盾构会从推进模式转换成拼装模式，开始管片的拼装。盾构隧道一环预制管片一般分为六块，通过两个管片小车由隧道外运至一号台车位置。管片吊机将管片吊运至喂片机并最终输送到拼装机可以抓举到的位置。

管片拼装机负责组装管片，由一对大臂油缸、回转机构、抓举机构和平移机构等组成。拼装机的动作有六个自由度，总共能实现的动作有前后平移，左右旋转，大臂伸缩，抓举头的倾斜、摇摆、抓举。通过这些动作，拼装机由下至上左右交叉拼装，最后拼装封顶块，使管片组成一个圆环，并与上一环管片相连。

拼装机启动条件有拼装机电机启动，拼装模式开启，拼装系统急停正常，接收器连接正常，遥控器启动正常，遥控器加载成功。

2启动条件分析

2.1拼装机电机启动

拼装机电机作为拼装机系统的液压动力来源，是系统启动的必备条件之一。该电机为双联泵电机，一个电机驱动拼装机泵与注浆泵。在推进模式过程中，注浆泵处于工作状态；拼装模式中，拼装机处于工作状态，注浆功能只是偶尔涉及。

2.2拼装模式开启

拼装模式与推进模式是盾构预先设定的两种模式，有三个方面的不同点。第一个不同点在于推进油缸动作的不同，在推进模式中，推进油缸只能伸出，无法缩回，主要提供盾构往前掘进的动力来源。推进油缸经过调速阀的调节，整体伸出速度不大，理论最大速度为100mm/min。在拼装模式中，推进油缸可以根据管片拼装手的需求进行伸缩动作，推进油缸不经过调速阀，直接经过一个插装阀到达油缸的有杠腔或者无杠腔，能够达到较快的移动速度，以提高整体拼装速度。推进油缸在拼装模式中的作用主要是为了夹紧固定已经拼装好的管片，防止管片发生位移。

两种模式的第二个不同点在于拼装机的工作状态。在推进模式中，虽然拼装机泵已经处于运转状态，但是拼装机遥控器无法使该泵出于加载状态，拼装机由于缺少高压液压油，无法动作。在拼装模式中，拼装机泵可以加载，提供高压液压油。两种模式的第三个不同点在于急停控制模式的不同，急停系统也是拼装机系统正常启动的其中一个条件。

2.3拼装系统急停正常

图1所示为拼装机电机急停继电器-4N3，急停继电器的A1、A2负责给继电器输送24V直流电源。S12触点与S34触点为复位线圈，在急停继电器的故障现象解决后，需要按压主控室的复位按钮，使S12、S34触点瞬间连通，继电器才能恢复正常。

继电器的S11与S12触点为急停开关触点，当S11与S12通过外部电路连通时，代表急停处于正常状态，电机可以正常运转；当S11与S12所连接的外部电路断开时，急停继电器处于急停状态，根据急停继电器所连接的外部电路，拼装机电机、推进电机、辅助电机都将停止运转。

在推进模式中，椭圆形内部的继电器-4K7线圈没有通电，继电器的11号触点与12号触点连通。这时候的急停继电器就不受拼装机遥控器上的急停开关的控制，即使遥控器急停开关处于断开状态，拼装机电机都能正常运转，只有注浆系统的急停开关能使电机停转，因为注浆泵与拼装机泵共用一个电机，电机的软启同时受两个系统的急停开关控制。

在拼装模式中，椭圆形内部的继电器-4K7线圈通电，继电器的11号触点与14号触点连通，这时候急停继电器的正常与否由图1下方圆角矩形框内部的触点所控制。这个触点即为拼装机遥控器上的急停开关。当拼装手遇到紧急状况时，可以通过按压急停开关，这两个触点将会断开，急停继电器处于急停状态，最终导致拼装机系统停止运转。

图1：拼装机急停继电器示意图

2.4接收器连接正常

为了保证拼装手的活动范围，拼装信号的传输采用无线遥控方式进行。在一号台车的左前方安装有一个无线接收器，负责接收遥控器传来的启动、加载、急停及拼装机、推进油缸各种动作的相对应信号。接收器接收到这些信号后，通过控制线路将信号传入PLC。PLC根据这些信号控制继电器、液压阀等部位的运转。接收器的正常与否直接关系到拼装机的运转状态。

2.5遥控器启动正常

通过遥控器上各个按钮的动作，拼装机最终实现六个自由度的动作。遥控器受潮、电池没电、电路板松动等问题都能导致拼装机系统的故障。拼装手需要在平时的工作过程中，注意保护遥控器，使遥控器处于受控状态。

2.6遥控器加载成功

拼装机泵与注浆泵为双联泵，共用一个电机，但是两者的适用时间段不同，所以对两个系统都添加加载控制功能，一方面为了在电机启动时保护电机，使电机平稳启动。另一方面则是为了使系统在不工作状态时处于常压状态，减少电机的负载。

图2：自锁线路示意图

3压力传感器替换线路

在拼装机正常运转过程中，抓举头需要抓紧管片，然后通过拼装机的其他动作，使管片移动到特定的位置。为了保证管片在移动过程中不会松动脱落，在抓举系统液压管路上安装一个压力传感器。只有当抓举压力足够，压力传感器才会反馈信号给PLC，让PLC控制拼装机正常运转。

当压力传感器出现故障，无法正常提供压力信号时，PLC因接收不到反馈信号，限制拼装机的正常运转，这时可以设计一个自锁线路给PLC提供假信号，先保证管片拼装的正常进行。这种自锁线路的优点在于效率方面，可以使机器尽快恢复运转；缺点在于因为提供的是假信号，需要拼装手保证管片确实已经锁紧，同时假如一次锁紧的拼装时间过长，需要中途隔几分钟时间进行锁紧管片的操作。

图2所示为自锁线路的连接方式。找到一个24V直流电源，与松开继电器的常闭触点相连。松开继电器的21号触点与锁紧继电器的11号触点及中间继电器的11号触点相连。锁紧继电器的14号触点、中间继电器的14号触点与中间继电器的A1触点相连，由这三个触点分出一个接头连接压力继电器的反馈信号触点。A2触点连接零线。

在正常状况下，松开继电器没电，21号与22号触点为常闭触点。当锁紧继电器通电，其11号与14号触点连通，将导致中间继电器的A1通电。中间继电器通电后，其11号与14号触点连通，24V直流电通过松开继电器的常闭触点、中间继电器的11、14号触点到达A1触点，导致中间继电器将长期处于通电状态。即使锁紧继电器已经在失电的状态，中间继电器仍然保持通电，持续给PLC供给反馈信号。当松开继电器通电后，其21号、22号触点断开，中间继电器失电，PLC失去锁紧的反馈信号。

通过这种类型的自锁线路，当拼装机操作手锁紧管片时，PLC可以收到持续不断的压力反馈信号。当松开管片时，压力反馈信号消失，保证了管片的持续拼装。但是在新式的盾构设备中，锁紧继电器在抓举头锁紧管片时会保持通电状态，压力反馈信号不需要设计自锁线路，可以直接通过锁紧继电器的备用常开触点进行连接，实现同样的功能。

4结语

拼装机系统是集机械、液压、电气为一体的复杂系统。正确学习拼装机系统知识的步骤为通过学习机械方面的知识了解拼装机的机械结构及动作，通过学习液压方面的知识来了解拼装机的液压驱动原理，通过学习电气方面的知识来了解拼装机的控制原理。通过三方面的知识结合及日常工作经验积累，最终对拼装机有一个较深的理解，能及时处理相关故障。

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。