Rexroth A4VSG Pompa z zmiennym przemieszczeniem tłokowym w układach hydraulicznych TBM: innowacyjne rozwiązania aplikacyjne

1Wprowadzenie: Podstawowe wymagania systemów hydraulicznych TBM

W nowoczesnej budowie tuneli maszyny do wiercenia tuneli (TBM) stanowią kluczowe urządzenia, których wydajność bezpośrednio decyduje o efektywności i jakości projektu.funkcjonujący jako "serce" TBM, napędza podstawowe funkcje, w tym napęd, napęd głowicy obcięcia i wzniesienie segmentów.Pompy o zmiennym przemieszczeniu tłokowym z aksy Rexroth A4VSG stały się preferowanym źródłem energii hydraulicznej dla światowych producentów TBM ze względu na ich wyjątkową wydajność i niezawodność.

Od czasu rozwoju w połowie XX wieku technologia pomp tłokowych ośnych stała się niezastąpionym kluczowym elementem w systemach hydraulicznych wysokiego ciśnienia.W porównaniu z tradycyjnymi pompami biegów i pompami płaszczystymi, pompy o zmiennym przemieszczeniu tłokowym o osi oferują znaczące zalety, w tym wysokie ciśnienie robocze, wydajność objętościową,), dzięki czemu są one szczególnie odpowiednie do wymagających zastosowań TBM..

2. Charakterystyka techniczna pomp aksyjnych Rexroth A4VSG o zmiennym przemieszczeniu tłokowym

2.1 Innowacyjna koncepcja projektowania

Seria Rexroth A4VSG wyposażona jest w konstrukcję z zmiennym przemieszczeniem tłoka osiowego typu swashplate, która osiąga bezstopniową regulację przemieszczania poprzez zmianę kąta swashplate.Ta konstrukcja umożliwia pompie automatyczne dostosowywanie przepływu wyjściowego zgodnie z wymaganiami systemu przy zachowaniu stałej prędkości obrotowejW przypadku urządzeń takich jak TBM o bardzo zmiennych obciążeniachTa charakterystyka pomp o zmiennym przemieszczeniu tłokowym o osi znacznie poprawia efektywność wykorzystania energii.

2.2 Kluczowe parametry wydajności

· Zakres ciśnienia roboczego: Maksymalnie 400 barów, ciągła praca w temperaturze 350 barów, spełniające wymagania hydrauliczne TBM pod wysokim ciśnieniem

· Zakres przemieszczenia: 28-1000 ml/obr./s, obejmujące wymagania mocy dla różnych specyfikacji TBM

· Wydajność objętościowa: Do 98% zminimalizując straty energii

· Kontrola hałasuOptymalizowana konstrukcja tłoków i kaptur utrzymuje hałas eksploatacyjny poniżej 80 dB

2.3 Projekt zwiększający niezawodność

Aby sprostać potrzebom ciągłej pracy w TBM, pompa tłokowa osiowa A4VSG zawiera wiele technologii zwiększających niezawodność:

· Wysokiej wytrzymałości, węzłowa obudowa z żeliwa, o doskonałej odporności na uderzenia i wibracje

· tłoki chromowane twardo i specjalnie obrobione otwory cylindrowe dla lepszej odporności na zużycie

· Zoptymalizowane układy łożysk, zwiększające żywotność

· Zintegrowane interfejsy czujników temperatury i ciśnienia do monitorowania stanu

3Architektura systemu hydraulicznego TBM i pozycjonowanie aplikacji A4VSG

3.1 Typowy skład układu hydraulicznego TBM

Nowoczesne układy hydrauliczne TBM składają się zazwyczaj z następujących podsystemów:

· Główny system napędowy: zapewnia moc napędową do przodu

· System napędowy głowicy cięcia: napędza obracający się koło cięcia

· System montażu segmentów: Precyzyjne sterowanie manipulatorami montażu segmentów

· Systemy pomocnicze: obejmuje uszczelnianie, przenoszenie błotniny i inne funkcje wsparcia

Wśród tych podsystemów pompy o zmiennym przemieszczeniu tłokowym o układzie ośnym obsługują przede wszystkim systemy napędowe głównego napędu i głowicy cięcia, które mają najwyższe wymagania w zakresie mocy.

3.2 Typowe rozwiązania konfiguracji A4VSG dla TBM

Rozwiązania konfiguracyjne dla pomp tłokowych osiowych A4VSG różnią się w zależności od średnicy TBM i warunków geologicznych:

- Nie.Roztwór TBM o małej/średniej średnicy (poniżej φ6m)Wymóg:

· Główny układ napędowy: pompy tłokowe ośne 2×A4VSG 250 z sterowaniem czujnikiem obciążenia

· Napęd głowicy obróbki: 1 × A4VSG 500 pompa tłokowa ośna z stałą kontrolą mocy

· Całkowita moc: Około 500-800 kW

- Nie.Roztwór TBM o dużej średnicy (powyżej φ6m)Wymóg:

· Główny układ napędowy: pompy tłokowe ośne 4×A4VSG 355 z układem regulacji ciśnienia

· Napęd głowicy odcinkowej: pompy tłokowe ośne 2 × A4VSG 750 o zmiennej częstotliwości + sterowanie mieszaniną mocy stałej

· Całkowita moc: 1200-2000 kW

4Główne zalety techniczne aksyjnych pomp tłokowych A4VSG w TBM

4.1 Precyzyjna kontrola siły pchnięcia

Napęd TBM wymaga regulowania siły i prędkości napędu w czasie rzeczywistym w zależności od warunków geologicznych.A4VSG aksyjne pompy tłokowe wyposażone w elektroniczną kontrolę proporcjonalną (kontrolę HD) lub kontrolę czujnika obciążenia (kontrolę DA) umożliwiają:

· Dokładność prędkości napędu do 0,1 mm/s

· Niezależna regulacja ciśnienia dla wielu grup cylindrów

• Automatyczna korekta odchylenia w celu utrzymania precyzji osi tunelowania

4.2 Efektywne dopasowanie mocy

Tradycyjne systemy pomp o stałym przemieszczeniu zużywają znaczną ilość energii podczas pracy TBM o niskim obciążeniu.A4VSG pompy o zmiennym przemieszczeniu tłokowym osiągają poprzez kontrolę mocy stałej lub kontrolę czujników obciążenia:

· Oszczędności energii ponad 30%

· Zmniejszenie wzrostu temperatury oleju hydraulicznego, wydłużenie żywotności płynu

· Zmniejszenie obciążenia układu chłodzenia

4.3 Dostosowanie do złożonej geologii

W różnych warunkach geologicznych (glebie miękkie, żwir, skały itp.) pompy tłokowe osiowe A4VSG mogą szybko dostosowywać parametry pracy:

· Warstwa miękkiej gleby: niskie ciśnienie, wysoki przepływ

· Warstwa skał twardych: wysokie ciśnienie, niskie przepływy

· Warstwa mieszana: automatyczne przełączanie trybu

5Inteligentna technologia sterowania A4VSGPompy tłokowe ośne

5.1 Integracja elektronicznego systemu sterowania

Nowoczesne pompy tłokowe osiowe A4VSG mogą zintegrować wiele elektronicznych opcji sterowania:

· Prorcjonalne sterowanie magnetycznym: umożliwia precyzyjną regulację przemieszczenia

· Interfejs przycisku CAN: Bezproblemowe połączenie z głównym systemem sterowania TBM

· Interfejs monitorowania stanu: W czasie rzeczywistym informacje zwrotne dotyczące parametrów pracy pompy

5.2 Inteligentne funkcje diagnostyki usterek

Poprzez monitorowanie kluczowych parametrów pomp tłokowych ośnych można osiągnąć wczesne ostrzeżenia o awariach:

· Czujniki drgań wykrywają stan łożyska

· Analiza pulsacji ciśnienia identyfikuje zużycie tłoka

· Monitoring temperatury przewiduje długość życia fok

5.3 Zastosowanie technologii digital twin

Porównanie danych operacyjnych pompy tłokowej ośnej A4VSG z modelami cyfrowymi umożliwia:

· Prognoza tendencji pogorszenia wydajności

· Ocena życia pozostałego

· Optymalne określenie czasu utrzymania

6Typowe przypadki zastosowań inżynieryjnych

6.1 Sprawa 1: Projekt tunelu metra miejskiego

Parametry projektu:

• średnica TBM: 6,28 m

· Długość tunelu: 3,2 km

· Warunki geologiczne: nawzajem zmieniające się warstwy miękkiej gleby i żwiru

Konfiguracja układu hydraulicznego:

· Główna siła napędowa: pompy tłokowe ośne 3×A4VSG 355

· Napęd głowicy obróbki: pompy tłokowe ośne 2 × A4VSG 500

Wyniki operacji:

• Średnia stopa zaliczek osiągnęła 12 m/dobę

· Zero awarii układu hydraulicznego

· 28% oszczędności energii w porównaniu z tradycyjnymi systemami

6.2 Sprawa 2: Projekt tunelu przechodzącego przez rzekę

Wyzwania związane z projektem:

· Wysokie ciśnienie wody (0,6 MPa)

· Tunelowanie długodystansowe (5,8 km)

· Złożona geologia (gleby miękkie, strefy pęknięć skał)

Rozwiązanie:

· Redundantna konstrukcja z wykorzystaniem pomp tłokowych osiowych A4VSG

· Inteligentna konfiguracja systemu kompensacji ciśnienia

· Wdrożenie zdalnego monitorowania stanu

Wyniki projektu:

• ustalenie miesięcznego rekordu z 456 metrów

· Niezawodność układu hydraulicznego osiągnęła 99,98%

· Otrzymał nagrodę za innowacyjność technologiczną właściciela

7. Przewodnik do utrzymania i rozwiązywania problemów

7.1 Punkty rutynowej konserwacji

Aby zapewnić optymalną wydajność aksyjnej pompy tłokowej A4VSG w zastosowaniach TBM:

· Sprawdź czystość płynu co 500 godzin (ISO 4406 18/16/13)

· Sprawdź filtr ssania pompy co 1000 godzin

· Badanie sprawności objętościowej pompy co 2000 godzin

· Regularnie sprawdzać ustawienie sprzęgła i wibracje rurociągu

7.2 Wspólne rozwiązywanie problemów

- Nie.Kwestia 1: Niewystarczający przepływ produkcji- Nie.
Możliwe przyczyny:

· Mechanizm regulacji płytki

· Niewystarczające ciśnienie sterujące

· zużycie tłoków

Rozwiązania:

· Sprawdź ciśnienie układu sterującego

· Badanie swobody ruchu płytki

· Pomiar odległości tłoka/bloku cylindru

- Nie.Kwestia 2: Nienormalny hałas- Nie.
Możliwe przyczyny:

· Kawitacja spowodowana niewystarczającym ssanie

· Uszkodzenia poniesione

· zużycie kapeluszy tłokowych

Rozwiązania:

· Sprawdź filtr ssania

· Monitor łączący widmo drgań

· Rozmontować, aby zbadać pary krytycznych tarć

8. Przyszłe trendy rozwoju i Perspektywy technologiczne

8.1 Wytyczne dotyczące rozwoju technologii pomp tłokowych osiowych

· Wyższe wartości ciśnieniaW celu zapewnienia ciągłej pracy 450 barów

· Inteligentne sterowanie adaptacyjne: Optymalizacja parametrów samouczących się w oparciu o warunki pracy

· Nowe zastosowania materiałów: tłoki ceramiczne, łożyska kompozytowe itp.

· Bardziej kompaktowe konstrukcje: 30% większa gęstość mocy

8.2 Innowacje w systemie hydraulicznym TBM

· Systemy napędowe hybrydowe: Połączone pompy tłokowe ośne i napędy elektryczne do cylindrów

· Technologia odzyskiwania energii: Wykorzystanie A4VSG w trybie silnikowym do odzyskiwania energii hamowania

· Kompletne systemy elektrohydrauliczne: Eliminacja hydrauliki pilotackiej z pełną kontrolą elektroniczną

9Wniosek

Pompa aksyjna Rexroth A4VSG o zmiennym przemieszczeniu tłokowym stała się podstawowym komponentem mocy w nowoczesnych systemach hydraulicznych TBM ze względu na wysoką wydajność ciśnienia, inteligentne sterowanie,i niezawodną trwałośćPoprzez zoptymalizowany projekt i inteligentne zastosowania technologii sterowania,A4VSG nie tylko spełnia rygorystyczne wymagania operacyjne TBM, ale również wykazuje wyjątkową wydajność w zakresie oszczędności energii i inteligentnej konserwacji.

W miarę jak budowa tuneli postępuje w kierunku głębszych, dłuższych i bardziej złożonych geologicznie projektów,Technologia pomp tłokowych osialnych będzie nadal innowować, aby zapewnić TBM bardziej wydajne i inteligentne rozwiązania energetyczneJako światowy lider w technologii hydraulicznej, Rexroth pozostaje zaangażowany w rozwój pomp tłokowych, napędzając systemy hydrauliczne TBM w kierunku większej wydajności, inteligencji,i zrównoważonego rozwoju środowiska.