螺旋输送机后闸门紧急关闭系统的设计

陈良武，蒲晓波，马 琳，许瑞鹏，王兴龙

（中铁工程装备集团技术服务有限公司，河南 郑州 450000）

螺旋输送机是盾构重要的组成系统之一，主要将渣土从土仓输送到皮带机。螺旋输送机设有两道下出渣闸门，闸门开口的大小将影响出料的流动状态，闸门的开度可根据掘进速度在主控室进行控制，合适的开口量可使出料的飞溅程度降到最小，通过调节排土量来实现土塞效应，形成良好的排土止水效果，可起到调节土仓压力的作用[1]。当盾构突然断电，后闸门必须能够自行关闭，以免土压降低造成开挖面塌陷影响盾构施工的安全及质量。

1 螺旋输送机后闸门液压系统原理图

螺旋输送机紧急关闭系统要求在隧道断电后后闸门能够自动或手动关闭、开启。螺旋输送机后闸门的关闭由液压系统进行控制，本文设计了一种具备螺旋输送机后闸门紧急关闭功能的液压控制系统，选取皮囊式蓄能器作为应急能源使用。

如图1所示，正常工作时由液压泵站为系统提供稳定的压力油源来控制闸门的关闭及开度，并对蓄能器进行压力油源的填充，当系统断电泵站不能提供压力油源时，由蓄能器释放液压能使油缸运动，由手动换向阀来控制油缸的伸出或者回缩，从而控制螺机后闸门的关闭及开度控制。

2 正常情况下工作原理

图1 螺旋机紧急关闭液压系统原理图

电磁换向阀6得电关闭、手动换向阀5左位工作、球阀10打开，压力油经过减压阀1到达电磁换向阀3、并同时通过单向阀7向蓄能器9填充压力油。电磁阀3由主控室发出的电信号控制，当电磁阀3左位导通工作时，压力油经平衡阀4、球阀10到达油缸11的无杆腔，油缸伸出使螺机的后闸门打开，调整油缸11的伸出行程即可调节后闸门的开度；当电磁阀3右位得电导通工作时，压力油经平衡阀4、球阀10到达油缸11的有杆腔，油缸缩回使后闸门关闭。通过控制油缸11的行程来控制螺机后闸门的开度，以达到控制出料状态及土仓压力的目的，螺机后闸门的开度由油缸11内置的拉线位移传感器12反馈给上位机，以便根据土仓压力实时的调整螺机后闸门的开度。系统压力由减压阀1进行调节，以此调整油缸及后闸门的关闭或开启力。

3 系统断电时紧急情况下工作原理

常规情况下当盾构系统断电液压泵无法工作提供压力油源时，电磁阀3保持中位不工作，单向阀7关闭，电磁换向阀6失电导通、手动换向阀5左位工作导通、球阀10打开，蓄能器9中储存的压力油经过电磁换向阀6、手动换向阀5到达油缸11的有杆腔，油缸缩回使后闸门关闭而保持盾构土仓压力稳定；同时蓄能器9中储存的压力油经过电磁换向阀6，使双向平衡阀4的右位打开，油缸11有杆腔中的油液通过平衡阀4右位、电磁换向阀3中位、单向阀2返回油箱。

特殊情况下当后闸门紧急关闭过程中，存在石块等卡主闸门致使其无法进一步关闭时，需要将闸门打开进行掏出石块等处理后再次进行关闭，此时工作原理为：蓄能器9中储存的压力油经过电磁换向阀6、手动换向阀5的右位工作到达油缸11的有杆腔，油缸伸出使后闸门开启而进行石块等的处理；蓄能器9中储存的压力油同时通过手动换向阀5的右位使双向平衡阀4的左位打开，油缸11有杆腔中的油液通过平衡阀4右位、电磁换向阀3中位、单向阀2返回油箱。当后闸门需要再次关闭时，参照常规情况下盾构系统断电时的工作原理。

4 紧急关闭系统计算

通过上述原理分析可以看出蓄能器容积的选择至关重要。下面以厦门地铁某项目用到的紧急关闭液压系统进行蓄能器的选型计算。

盾构后闸门伸缩油缸的规格为80mm/50mm-850mm,共2根。

V无=A无×S行程=4.3L，油缸全部伸出所需油液。

V有=A有×S行程=2.6L，油缸全部缩回所需油液。

系统断电后，利用蓄能器9中储备的液压能将闸门关闭，关闭过程中若遇石块等卡住使闸门无法全部关闭时，将闸门打开清理卡滞物后再次关闭闸门；整个过程需要闸门控制油缸缩回2次、伸出1次，则其所需油液为

蓄能器有效释放油液量

蓄能器所需的有效容积[2]

式中P0——蓄能器预充气体压力，P0=80bar；

P1——蓄能器排出液压油最低有效压力，P1=80bar；

P2——蓄能器排出液压油最高有效压力，P2=200bar；

V0——蓄能器有效气体容积；

V1——蓄能器在P1时的有效气体容积；

V2——蓄能器在P1时的有效气体容积。

计算得出

考虑实际工作时泄漏等情况建议按照不小于1.5倍的安全系数进行蓄能器选取，结合常用蓄能器型号，建议蓄能器的有效容积应选取为50L比较适宜。