Rexroth A4VSG Axial Piston Variable Displacement Pump in TBM Hydraulic Systems: Innovatieve toepassingsoplossingen

1Inleiding: Kernvereisten van TBM-hydraulische systemen

In de moderne tunnelbouw dienen tunnelboringsmachines (TBM's) als cruciale apparatuur waarvan de prestaties rechtstreeks van invloed zijn op de efficiëntie en kwaliteit van het project.functioneert als het "hart" van een TBM, aandrijft kernfuncties zoals stuwkracht, cutterhead aandrijving en segment erectie.De Rexroth A4VSG-serie axiale zuigerpompen met variabele verplaatsing zijn door hun uitstekende prestaties en betrouwbaarheid de voorkeurshydraulische energiebron geworden voor wereldwijde TBM-fabrikanten.

Sinds de ontwikkeling ervan in het midden van de 20e eeuw is de technologie voor axiale zuigerpompen een onvervangbaar belangrijk onderdeel geworden van hoge druk hydraulische systemen.In vergelijking met traditionele tandwielpompen en schuifpompen, axiale zuigerpompen met variabele verplaatsing bieden aanzienlijke voordelen, waaronder hoge werkdruk, volumetrische efficiëntie,Deze systemen zijn zeer geschikt voor het gebruik in TBM's..

2. Technische kenmerken van Rexroth A4VSG axiale zuigerpompen met variabele verplaatsing

2.1 Innovatief ontwerpconcept

De Rexroth A4VSG-serie beschikt over een axiale zuiger met variabele verplaatsing van het swashplate-type dat een stapsloze verplaatsingsregeling bereikt door de hoek van de swashplate te veranderen.Dit ontwerp stelt de pomp in staat om de uitgangsstroom automatisch aan te passen aan de eisen van het systeem met behoud van een constante rotatiesnelheidVoor apparatuur zoals TBM's met zeer variabele belastingen, is het mogelijk om een zeer nauwkeurige vermogensmatching te bereiken.Deze eigenschap van axiale zuigerpompen met variabele verplaatsing verbetert het energieverbruik aanzienlijk.

2.2 Belangrijkste prestatieparameters

· Werkdrukbereik: Maximaal 400 bar, continue werking bij 350 bar, voldoet aan de hoge-drukhydraulische eisen van TBM's

· Verplaatsingsbereik: 28-1000 ml/rv, voor de vermogenseisen van verschillende TBM-specificaties

· Volumetrische efficiëntie: Tot 98% en minimaal energieverlies

· RuisbeheersingOptimalisatie van het zuiger- en slipperontwerp zorgt ervoor dat het bedrijfsgeluid onder de 80 dB blijft

2.3 Ontwerp ter verbetering van de betrouwbaarheid

Om aan de behoefte aan continue werking in TBM's tegemoet te komen, bevat de A4VSG axiale zuigerpomp meerdere technologieën om de betrouwbaarheid te verbeteren:

· Hoogsterke knoopvormige gietijzeren behuizing met uitstekende slag- en trillingsbestandheid

· Hardchroomkolven en speciaal behandeld cilindergat voor een betere slijtvastheid

· Geoptimaliseerde lagers die de levensduur verlengen

• Geïntegreerde temperatuur- en druksensorinterfaces voor conditiemonitoring

3. TBM Hydraulische systeemarchitectuur en A4VSG Application Positioning

3.1 Typische samenstelling van het TBM-hydraulisch systeem

Moderne TBM-hydraulische systemen bestaan doorgaans uit de volgende subsystemen:

· Hoofd aandrijfsysteem: zorgt voor voortstuwingsvermogen

· Cutterhead aandrijfsysteem: Aandacht voor het roterende snijwiel

· Segmentinstallatiesysteem: Precieze bediening van segmentinstallatiemanipulatoren

· Hulpsystemen: omvat gieten, slijmvervoer en andere ondersteunende functies

Onder deze subsystemen zijn axiale zuigerpompen met variabele verplaatsing voornamelijk bestemd voor de hoofddrijfkracht en voor de hoofddrijvingssystemen met de hoogste vermogenseisen.

3.2 Typische A4VSG-configuratieoplossingen voor TBM's

Configuratieoplossingen voor A4VSG-assige zuigerpompen variëren afhankelijk van de TBM-diameter en de geologische omstandigheden:

- Ik weet het niet.Kleine/middelgrote diameter TBM-oplossing (minder dan φ6m)De Commissie:

· Hoofdddrijfsysteem: 2×A4VSG 250 axiale zuigerpompen met belastinggevoelige bediening

· Cutterhead aandrijving: 1 × A4VSG 500 axiale zuigerpomp met constante vermogen regeling

• Totaal vermogen: ongeveer 500-800 kW

- Ik weet het niet.Oplossing met grote diameter TBM (boven φ6m)De Commissie:

· Hoofdstootsysteem: 4×A4VSG 355 axiale zuigerpompen met zone-drukregeling

· Cutterhead aandrijving: 2 × A4VSG 750 axiale zuigerpompen met variabele frequentie + constante vermogen samengestelde besturing

· Totaal vermogen: 1200-2000 kW

4. Belangrijkste technische voordelen van A4VSG-assige zuigerpompen in TBM

4.1 Precieze controle van de stuwkracht

TBM-aandrijving vereist real-time aanpassing van de stuwkracht en snelheid volgens de geologische omstandigheden.A4VSG axiale zuigerpompen met elektronische proportioneel beheer (HD-beheer) of belastinggevoelig beheer (DA-beheer):

· De snelheid van de aandrijving is tot 0,1 mm/s nauwkeurig

• Onafhankelijke drukregeling voor meerdere cilindergroepen

• Automatische afwijkingcorrectie om de precisie van de tunnelas te behouden

4.2 Efficiënte krachtaanpassing

Traditionele pompsystemen met vaste verplaatsing verliezen aanzienlijke energie tijdens de werking van TBM's met een lage belasting.A4VSG axiale zuigerpompen met variabele verplaatsing bereiken door middel van een constante vermogenstest of een belastingsensorstest:

· Meer dan 30% energiebesparing

· Verminderde verhoging van de temperatuur van de hydraulische olie, verlenging van de levensduur van de vloeistof

· Verminderde belasting van het koelsysteem

4.3 Aanpasbaarheid aan complexe geologie

Voor verschillende geologische omstandigheden (zachte bodem, grind, rots, enz.) kunnen de A4VSG-assige zuigerpompen snel de werkparameters aanpassen:

· Zachte bodemlaag: lage druk, hoge stroomstand

· Hard gesteente: hoge druk, lage stroomstand

• Gemengde laag: automatische moduswisseling

5Intelligente besturingstechnologie voor A4VSGAxiële zuigerpompen

5.1 Integratie van elektronische besturingssystemen

Moderne A4VSG axiale zuigerpompen kunnen meerdere elektronische besturingsmogelijkheden integreren:

· Proportionele sturing van de magnetron: Precieze verplaatsingsregeling mogelijk

· CAN-businterface: naadloze aansluiting op het TBM-hoofdbesturingssysteem

· Interface voor het toezicht op de toestand: Feedback in realtime van de bedrijfsparameters van de pomp

5.2 Intelligente foutdiagnostiekfuncties

Door de belangrijkste parameters van axiale zuigerpompen te controleren, kunnen vroegtijdige foutwaarschuwingen worden bereikt:

• Vibratiesensoren detecteren de toestand van het lager

• Drukpulsanalyse identificeert zuiger slijtage

· Temperatuurbewaking voorspelt de levensduur van zeehonden

5.3 Toepassing van digitale tweelingtechnologie

Het vergelijken van de operationele gegevens van de axiale zuigerpomp A4VSG met digitale modellen stelt:

· Voorspelling van de trend van afname van de prestaties

· Beoordeling van het resterende leven

· Optimale bepaling van de onderhoudstijden

6Typische toepassingsgevallen in de techniek

6.1 Geval 1: Urban Metro Tunnel Project

Projectparameters:

• TBM diameter: 6,28 m

· Tunnellengte: 3,2 km

· Geologische omstandigheden: afwisselende lagen zachte grond en grind

Configuratie van het hydraulische systeem:

· Hoofdstoot: 3×A4VSG 355 assproepen

· Cutterhead aandrijving: 2×A4VSG 500 axiale zuigerpompen

Operatieresultaten:

• Gemiddeld voorschot van 12 m/dag

· Geen storingen van het hydraulische systeem

· 28% energiebesparing ten opzichte van conventionele systemen

6.2 Geval 2: Tunnelproject over een rivier

Uitdagingen van het project:

• Hoge waterdruk (0,6 MPa)

· Tunnelwerken over lange afstand (5,8 km)

· Geologische complexiteit (zachte bodem, rotsenbrekingszones)

Oplossing

• Redundant ontwerp met A4VSG-assproeipompen

· Intelligente drukcompensatiesysteemconfiguratie

· Implementatie van het op afstand uitvoeren van conditiemonitoring

De resultaten van het project:

• Maandelijkse vooruitrekord van 456 meter

• De betrouwbaarheid van het hydraulische systeem is 99,98%

· Ontvang de technologische innovatieprijs van de eigenaar

7Onderhouds- en probleemoplossingsgids

7.1 Routineonderhoudspunten

Om de optimale prestaties van de A4VSG-assige zuigerpomp in TBM-toepassingen te waarborgen:

· Controleer de zuiverheid van de vloeistof om de 500 uur (ISO 4406 18/16/13)

· Controleer het zuigfilter van de pomp elke 1000 uur

· Volumetrische efficiëntie van de pomp elke 2000 uur testen

• regelmatig controle van de koppeling en trillingen van de pijpleiding

7.2 Gemeenschappelijke probleemoplossing

- Ik weet het niet.Probleem 1: Onvoldoende outputstroom- Ik weet het niet.
Mogelijke oorzaken:

· Slijp van het instelmechanisme van de schouderplaat

• Onvoldoende controledruk

· Veroudering van de zuiger

Oplossingen:

· Controleer de druk van de regelkring

· Bewegingsvrijheid van het swashplate testen

· Meet de afstand tussen zuiger en cilinderblok

- Ik weet het niet.Vraag 2: Abnormaal lawaai- Ik weet het niet.
Mogelijke oorzaken:

· Cavitatie als gevolg van onvoldoende zuigkracht

· Verwondingen

· slijtage van de zuigerschoenen

Oplossingen:

· Controleer het zuigfilter

· Monitor lager trillings spectrum

· Ontmantelen om kritische wrijvingspare te onderzoeken

8. Toekomstige ontwikkelingstrends en Technologische vooruitzichten

8.1 Ontwikkelingsrichtingen voor axiale zuigerpomptechnologie

· Hoogere drukpercentages: Doelstelling 450 bar continue werking

· Intelligente adaptieve besturing: Optimalisatie van zelflerende parameters op basis van bedrijfsomstandigheden

· Toepassingen van nieuwe materialen: ceramische zuigers, lagers van samengestelde stoffen, enz.

· Meer compacte ontwerpen: 30% hogere vermogendichtheid

8.2 Innovatie van het TBM-hydraulisch systeem

· Hybride energiesystemen: Gecombineerde axiale zuigerpomp en elektrische cilinder aandrijving

· Technologie voor energieherstel: Gebruik van A4VSG in motormodus om remenergie terug te winnen

· Volledige elektro-hydraulische systemen: Eliminatie van piloothydraulica met volledige elektronische besturing

9Conclusies

De Rexroth A4VSG axiale zuigerpomp met variabele verplaatsing is de belangrijkste krachtcomponent in moderne TBM-hydraulische systemen geworden vanwege zijn hoge drukdoeltreffendheid, intelligente besturing,en betrouwbare duurzaamheidDoor middel van geoptimaliseerd ontwerp en intelligente controle technologie toepassingen,De A4VSG voldoet niet alleen aan de strenge operationele eisen van de TBM, maar toont ook uitzonderlijke prestaties op het gebied van energiebesparing en intelligent onderhoud..

Naarmate de tunnelbouw vordert naar diepere, langere en geologisch complexere projecten,de axiale zuigerpomptechnologie zal blijven innoveren om TBM's krachtiger en intelligenter te makenAls wereldleider in hydraulische technologie blijft Rexroth toegewijd aan de ontwikkeling van axiale zuigerpompen.en duurzaamheid van het milieu.