Hệ thống thủy lực và van điện từ trong máy nhàm chán đường hầm (TBM)
Tổng quan
Các máy nhàm chán của đường hầm (TBM) là một công nghệ quan trọng trong kỹ thuật dân dụng hiện đại, có khả năng đào các đường hầm hiệu quả và an toàn cho nhiều công dụng khác nhau, bao gồm cả vận chuyển và tiện ích. Trọng tâm của hoạt động của TBM là hệ thống thủy lực và van điện từ cung cấp sức mạnh, điều khiển và độ chính xác cần thiết cho các chức năng khác nhau của máy. Bài viết này khám phá các thành phần, ứng dụng và lợi thế của hệ thống thủy lực và van điện từ trong TBM, cũng như xu hướng tương lai của chúng.
Hình ảnh này cho thấy một máy nhàm chán của đường hầm bằng van hộp mực của Sun.
1. Giới thiệu
Sự ra đời của TBMS đã cách mạng hóa cách các đường hầm ngầm được xây dựng, làm cho việc đào nhanh và an toàn hơn so với các phương pháp truyền thống. Những máy này hoạt động trong các môi trường đầy thách thức đòi hỏi các hệ thống mạnh mẽ có khả năng cung cấp sức mạnh cao và kiểm soát chính xác. Các hệ thống thủy lực (được tăng cường bởi các van điện từ) đóng vai trò chính trong việc đạt được hiệu suất cần thiết để xây dựng đường hầm hiệu quả.
2. Hệ thống thủy lực của máy khiên
Hệ thống thủy lực rất quan trọng trong việc điều khiển các chuyển động và chức năng khác nhau của TBM. Các hệ thống thủy lực hoạt động theo định luật của Pascal, trong đó nêu rõ áp lực gây ra chất lỏng khép kín được truyền đều trong suốt chất lỏng.
2.1 Thành phần của hệ thống thủy lực
Các thành phần chính của hệ thống thủy lực được sử dụng bởi TBM bao gồm:
Bơm thủy lực: Các thiết bị này chuyển đổi năng lượng cơ học của động cơ điện thành năng lượng thủy lực, tạo ra chất lỏng áp suất cao cần thiết để vận hành xi lanh thủy lực. Tùy thuộc vào thông số kỹ thuật dòng chảy và áp suất cần thiết, các loại máy bơm khác nhau được sử dụng, chẳng hạn như bơm bánh răng và bơm piston.
Xi lanh thủy lực: Một xi lanh thủy lực chịu trách nhiệm chuyển đổi áp suất thủy lực thành chuyển động cơ học. Họ cung cấp chuyển động tuyến tính cần thiết cho nhiều hoạt động khác nhau, bao gồm tiến bộ đầu cắt, tiến lên TBM và điều chỉnh vị trí của máy.
Bể dầu thủy lực: Bể dầu lưu trữ dầu thủy lực và cho phép giãn nở nhiệt. Nó cũng lọc ra các chất gây ô nhiễm và đảm bảo hoạt động trơn tru của hệ thống.
Các đường thủy lực và phụ kiện: Chúng mang chất lỏng thủy lực giữa các thành phần và kết nối bơm, xi lanh, van và các thành phần khác. Kích thước và định tuyến thích hợp là rất quan trọng để duy trì hiệu quả và giảm thiểu tổn thất ma sát.
2.2 Hoạt động của hệ thống thủy lực
Hoạt động của hệ thống thủy lực TBM liên quan đến một số bước:
Một bơm thủy lực rút chất lỏng từ một hồ chứa và tạo áp lực cho nó. Chất lỏng điều áp được chuyển qua các đường thủy lực đến xi lanh hoặc van, tùy thuộc vào hoạt động mong muốn. Các xi lanh thủy lực sau đó chuyển đổi năng lượng thủy lực thành chuyển động cơ học, cho phép TBM thực hiện các nhiệm vụ như đào, lái và ổn định.
3. Van điện từ trong máy nhàm chán của đường hầm
Van điện từ là một thiết bị cơ điện, điều khiển dòng chảy và hướng của dầu thủy lực trong một hệ thống. Chúng là một phần không thể thiếu trong hoạt động thủy lực của các máy nhàm chán của đường hầm.
3.1 Chức năng của van điện từ
Nguyên tắc làm việc của van điện từ là nguyên tắc điện từ. Khi một dòng điện đi qua một cuộn dây trong van, nó sẽ tạo ra một từ trường di chuyển pít tông hoặc phần ứng, mở hoặc đóng van. Hành động này quy định dòng chảy của dầu thủy lực.
Loại van điện từ:
Van hai chiều: Các van điều khiển này điều khiển luồng đến một bộ truyền động duy nhất, cho phép nó mở hoặc đóng.
Van ba chiều: Các van này có thể điều khiển dòng chảy đến hai bộ truyền động khác nhau, hướng chất lỏng đến cái này hay cái kia, do đó tạo điều kiện chuyển động theo nhiều hướng.
Van tỷ lệ: Các van này cung cấp kiểm soát thay đổi của dòng chất lỏng, cho phép kiểm soát chính xác tốc độ và vị trí của bộ truyền động thủy lực.
3.2 Ứng dụng van điện từ
Trong các máy nhàm chán của đường hầm, các van điện từ được sử dụng cho:
Điều khiển lực đẩy: Điều chỉnh lực đẩy được sử dụng bởi xi lanh thủy lực để đẩy máy.
Hoạt động đầu của máy cắt: Kiểm soát vị trí và chuyển động của đầu cắt để đào hiệu quả.
Cơ chế lái: Chỉ đạo dòng thủy lực để điều chỉnh quỹ đạo của máy trong quá trình đường hầm.
Các tính năng an toàn: Thực hiện các thủ tục tắt máy khẩn cấp bằng cách nhanh chóng cắt nguồn cung cấp dầu thủy lực để ngăn ngừa tai nạn.
4. Ưu điểm của hệ thống thủy lực và van điện từ
Việc tích hợp các hệ thống thủy lực và van điện từ trong các máy nhàm chán của đường hầm mang lại nhiều lợi thế:
4.1 Tỷ lệ công suất cao so với trọng lượng
Hệ thống thủy lực có thể tạo ra một lượng lực khổng lồ trong khi duy trì kích thước nhỏ gọn, điều này rất quan trọng trong các không gian chặt chẽ của việc xây dựng đường hầm. Khả năng này cho phép TBM thực hiện các nhiệm vụ hạng nặng mà không cần thêm trọng lượng.
4.2 Kiểm soát chính xác
Chuyển động thủy lực có thể được kiểm soát chính xác bằng các van điện từ. Độ chính xác này là rất quan trọng để duy trì sự liên kết của TBM và đảm bảo hiệu suất cắt tối ưu, do đó làm tăng hiệu quả tổng thể của quá trình đường hầm.
4.3 Bảo mật nâng cao
Hệ thống thủy lực được thiết kế với các tính năng an toàn bao gồm van giảm áp và hệ thống tắt máy khẩn cấp. Các tính năng này giảm thiểu rủi ro tai nạn và đảm bảo hoạt động an toàn trong môi trường đầy thách thức.
4.4 Tính linh hoạt và khả năng thích ứng
Hệ thống thủy lực có thể dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với các điều kiện và yêu cầu xây dựng đường hầm khác nhau. Khả năng điều chỉnh dòng chảy và áp lực cho phép các máy nhàm chán của đường hầm thích ứng với các thách thức địa chất khác nhau.
5. Xu hướng khác nhau
Trong tương lai, sự phát triển của các hệ thống thủy lực máy Shield và van điện từ dự kiến sẽ tập trung vào các lĩnh vực chính sau:
5.1 Tích hợp với tự động hóa và IoT
Việc tích hợp công nghệ Internet of Things (IoT) vào các hệ thống thủy lực sẽ cho phép giám sát thời gian thực và điều khiển từ xa. Sự phát triển này sẽ tăng hiệu quả hoạt động và giảm thời gian chết thông qua bảo trì dự đoán.
5.2 Vật liệu và chất lỏng nâng cao
Nghiên cứu về các vật liệu mới cho các thành phần thủy lực và chất lỏng thủy lực thân thiện với môi trường sẽ làm tăng độ bền của hệ thống và giảm tác động môi trường. Đổi mới trong công nghệ chất lỏng có thể cải thiện hiệu suất và giảm nhu cầu bảo trì.
5.3 Cải thiện hiệu quả năng lượng
Khi tính bền vững ngày càng trở nên quan trọng, sẽ có sự tập trung vào việc thiết kế các hệ thống thủy lực tiết kiệm năng lượng để giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng trong khi duy trì hiệu suất. Sự chuyển đổi này có thể bao gồm sự phát triển của máy bơm dịch chuyển biến đổi và hệ thống thu hồi năng lượng.
