پمپ جابجایی متغیر پیستون محوری Rexroth A4VSG در سیستم های هیدرولیکی TBM: راه حل های کاربردی نوآورانه

1مقدمه: الزامات اصلی سیستم های هیدرولیک TBM

در ساخت تونل های مدرن، ماشین های حفاری تونل (TBM) به عنوان تجهیزات حیاتی عمل می کنند که عملکرد آنها به طور مستقیم بر کارایی و کیفیت پروژه تعیین می شود.که به عنوان "قلب" یک TBM عمل می کند، عملکردهای اصلی را شامل فشار، محرک برش سر، و نصب بخش می کند.پمپ های محوری پیستون A4VSG سری Rexroth به دلیل عملکرد و قابلیت اطمینان فوق العاده خود به منبع انرژی هیدرولیکی مورد علاقه تولید کنندگان جهانی TBM تبدیل شده اند.

از زمان توسعه آن در اواسط قرن بیستم، فن آوری پمپ پیستون محوری تبدیل به یک جزء کلیدی غیر قابل جایگزینی در سیستم های هیدرولیکی با فشار بالا شده است.در مقایسه با پمپ های چرخ دنده های سنتی و پمپ های باد، پمپ های محوری پیستون با جابجایی متغیر مزایای قابل توجهی از جمله فشار کار بالا، کارایی حجم،و طیف گسترده ای از تنظیم جریان، آنها را به ویژه برای کاربردهای سخت TBM مناسب می کند..

2مشخصات فنی پمپ های بازن محوری A4VSG Rexroth

2.1 مفهوم طراحی نوآورانه

سری Rexroth A4VSG دارای یک طرح تغییر محوری پیستون متغیر است که با تغییر زاویه swashplate تنظیم تغییر ناپذیر را به دست می آورد.این طراحی اجازه می دهد پمپ به طور خودکار تنظیم جریان خروجی با توجه به خواسته های سیستم در حالی که حفظ سرعت چرخش ثابتبرای تجهیزات مانند TBM با بار بسیار متغیر،این ویژگی پمپ های محوری پیستون با جابجایی متغیر به طور قابل توجهی بهره وری استفاده از انرژی را بهبود می بخشد.

2.2 پارامترهای کلیدی عملکرد

· محدوده فشار کاری: حداکثر 400 بار، کار مداوم در 350 بار، پاسخگویی به الزامات هیدرولیکی فشار بالا از TBM

· محدوده جابجایی: 28-1000 میلی لیتر/دوره، پوشش نیاز به قدرت برای مشخصات مختلف TBM

· بهره وری حجمی: تا 98٪، به حداقل رساندن تلفات انرژی

· کنترل سر و صدا: طراحی بهینه شده پیستون و کفش باعث می شود صدای عملیاتی کمتر از 80 دسی بل باشد

2.3 طراحی افزایش قابلیت اطمینان

با توجه به نیاز به عملکرد مداوم در TBM ها، پمپ پیستون محوری A4VSG شامل چندین فناوری افزایش قابلیت اطمینان است:

· محفظه آهن گلاس گره دار با قدرت بالا با مقاومت عالی در برابر ضربه و لرزش

· پیستون های کروم شده سخت و سوراخ بالندری به ویژه برای مقاومت در برابر لباس

· تنظیم بهینه شده ی حالی که طول عمر خدمت را افزایش می دهد

· رابط های یکپارچه سنسور درجه حرارت و فشار برای نظارت بر وضعیت

3معماری سیستم هیدرولیک TBM و موقعیت گذاری برنامه A4VSG

3.1 ترکیب سیستم هیدرولیک TBM

سیستم های هیدرولیک مدرن TBM معمولا شامل زیرسیستم های زیر است:

· سيستم فشار اصلي: قدرت پيشروي را فراهم مي کند

· سیستم محرک سر برش: چرخ برش چرخش را تقویت می کند

· سیستم نصب بخش: کنترل دقیق دستکاری نصب بخش

· سیستم های کمکی: شامل خمیر کردن، حمل گند و سایر توابع پشتیبانی است

در میان این زیرسیستم ها، پمپ های محوری پیستون با جابجایی متغیر در درجه اول به سیستم های محرک اصلی فشار و سر برش که بیشترین تقاضای قدرت را دارند، خدمت می کنند.

3.2 راه حل های معمولی پیکربندی A4VSG برای TBM

راه حل های پیکربندی پمپ های پیستون محوری A4VSG با توجه به قطر TBM و شرایط زمین شناسی متفاوت است:

‌محلول TBM قطر کوچک/متوسط (کمتر از φ6m):

· سیستم فشار اصلی: پمپ های پیستون محوری 2 × A4VSG 250 با کنترل سنجش بار

· محرک سر برش: پمپ پیستون محوری 1 × A4VSG 500 با کنترل قدرت ثابت

· کل قدرت: حدود 500-800 کیلو وات

‌محلول TBM قطر بزرگ (بیش از φ6m):

· سیستم فشار اصلی: پمپ های پیستون محوری 4 × A4VSG 355 با کنترل فشار منطقه ای

· محرک سر برش: 2 × A4VSG 750 پمپ های پیستون محوری با فرکانس متغیر + کنترل ترکیب قدرت ثابت

· کل قدرت: 1200-2000 کیلو وات

4مزایای فنی اصلی پمپ های پیستون محوری A4VSG در TBM

4.1 کنترل دقیق نیروی فشار

پیشبرد TBM نیاز به تنظیم در زمان واقعی نیروی فشار و سرعت با توجه به شرایط زمین شناسی دارد.پمپ های پیستون محوری A4VSG مجهز به کنترل برابری الکترونیکی (کنترل HD) یا کنترل سنجش بار (کنترل DA):

· دقت سرعت رانش به 0.1 mm/s

· تنظیم فشار مستقل برای گروه های متعدد سیلندر

· اصلاح انحراف خودکار برای حفظ دقت محور تونل

4.2 تطبیق قدرت کارآمد

سیستم های پمپ ثابت سنتی در هنگام کار با TBM با بار کم انرژی قابل توجهی را از دست می دهند.پمپ های محوری پیستون A4VSG با جابجایی متغیر از طریق کنترل قدرت ثابت یا کنترل سنجش بار:

· بیش از ۳۰ درصد صرفه جویی در مصرف انرژی

· کاهش افزایش دمای روغن هیدرولیک، افزایش عمر مایع

· کاهش بار سیستم خنک کننده

4.3 سازگاری با زمین شناسی پیچیده

برای شرایط مختلف زمین شناسی (زمین نرم، سنگ شکن، سنگ و غیره) ، پمپ های پیستون محوری A4VSG می توانند پارامترهای عملیاتی را به سرعت تنظیم کنند:

· لایه خاک نرم: فشار پایین، حالت جریان بالا

· لایه سنگ سخت: فشار بالا، حالت جریان کم

· طبقه مخلوط: تغییر حالت خودکار

5تکنولوژی کنترل هوشمند برای A4VSGپمپ های پیستون محوری

5.1 ادغام سیستم کنترل الکترونیکی

پمپ های پیستون محوری مدرن A4VSG می توانند چندین گزینه کنترل الکترونیکی را ادغام کنند:

· کنترل سوزنوید متناسب: امکان تنظیم دقیق جابجایی

· رابط اتوبوس CAN: اتصال بدون مشکل با سیستم کنترل اصلی TBM

· رابط نظارت بر وضعیت: بازخورد در زمان واقعی پارامترهای عملیاتی پمپ

5.2 توابع هوشمند تشخیص خطا

با نظارت بر پارامترهای کلیدی پمپ های پیستون محوری، هشدار های زودهنگام خطا می تواند به دست آید:

· حسگرهای لرزش وضعیت راننده را تشخیص می دهند

· تجزیه و تحلیل فشار پالس نشان می دهد لباس پیستون

· نظارت بر دمای هوا پیش بینی طول عمر مهر می کند

5.3 استفاده از تکنولوژی دوقلو دیجیتال

مقایسه داده های عملیاتی پمپ پیستون محوری A4VSG با مدل های دیجیتال امکان:

· پیش بینی روند کاهش عملکرد

· ارزیابی عمر باقیمانده

· تعیین زمان نگهداری بهینه

6موارد کاربرد مهندسی معمولی

6.1 مورد 1: پروژه تونل مترو شهری

پارامترهای پروژه:

· قطر TBM: 6.28 m

· طول تونل: 3.2 کیلومتر

· شرایط زمین شناسی: متناوب شدن لایه های خاک نرم و سنگ شکن

پیکربندی سیستم هیدرولیک:

· فشار اصلی: پمپ های پیستون محوری 3 × A4VSG 355

· محرک سر برش: 2 × A4VSG 500 پمپ پیستون محوری

نتایج عملیات:

· متوسط نرخ پیش پرداخت به 12 میلیون دلار در روز رسید

· صفر خرابی سیستم هیدرولیک

· 28 درصد صرفه جویی در انرژی در مقایسه با سیستم های معمولی

6.2 مورد 2: پروژه تونل عبور از رودخانه

چالش های پروژه:

· فشار آب بالا (0.6 MPa)

· تونل سازی طولانی مدت (۵٫۸ کیلومتر)

· ژئولوژی پیچیده (زمین نرم، مناطق شکستگی سنگ)

راه حل:

· طراحی اضافی با استفاده از پمپ های پیستون محوری A4VSG

· پیکربندی هوشمند سیستم جبران فشار

· اجرای نظارت از راه دور بر وضعیت

دستاوردهای پروژه:

• رکورد ماهانه 456 متر

· قابلیت اطمینان سیستم هیدرولیکی به 99.98 درصد رسیده است

· دریافت جایزه نوآوری تکنولوژیکی مالک

7. راهنمای تعمیر و نگهداری و رفع مشکل

7.1 نقاط نگهداری معمول

برای اطمینان از عملکرد مطلوب پمپ پیستون محوری A4VSG در کاربردهای TBM:

· تمیز کردن مایعات را هر 500 ساعت بررسی کنید (ISO 4406 16/18/13)

· هر 1000 ساعت فیلتر مکش پمپ را بررسی کنید

· آزمایش بهره وری حجم پمپ هر 2000 ساعت

· به طور منظم تراز اتصال و لرزش لوله را بررسی کنید

7.2 رفع مشکلات مشترک

‌مسئله ۱: جریان تولید ناکافی‌
علل احتمالی:

· مکانیسم تنظیم swashplate چسبندگی

· فشار کنترل ناکافی

· فرسایش پیستون

راه حل ها:

· فشار مدار کنترل را بررسی کنید

· امتحان آزادی حرکت تخته شمشیر

· اندازه گیری فاصله پیستون/بلاک سیلندر

‌مسئله ۲: سر و صدا غیرطبیعی‌
علل احتمالی:

· کاویتاسیون ناشی از مکش ناکافی

· خسارت تحمل

· فرسایش کفش های پیستون

راه حل ها:

· فیلتر مکش را بررسی کنید

· طیف ارتعاش لابراتوار

· جدا کردن برای بررسی جفت های اصطکاک بحرانی

8روند توسعه آینده و چشم انداز تکنولوژی

8.1 مسیرهای توسعه تکنولوژی پمپ پیستون محوری

· فشار بالاتر: هدف از کار مستمر 450 بار

· کنترل سازگاری هوشمند: بهینه سازی پارامترهای خودآموز بر اساس شرایط عملیاتی

· کاربرد مواد جدید: پیستون های سرامیکی، ورق های کامپوزیت و غیره

· طرح های فشرده تر: تراکم قدرت 30٪ بیشتر

8.2 نوآوری سیستم هیدرولیک TBM

· سیستم های برق هیبریدی: پمپ پیستون محوری ترکیبی و موتورهای سیلندری الکتریکی

· تکنولوژی بازیابی انرژی: استفاده از A4VSG در حالت موتور برای بازیابی انرژی ترمز

· سیستم های الکترو هیدرولیکی کامل: حذف هیدرولیک خلبان با کنترل الکترونیکی کامل

9نتیجه گیری

پمپ آکسیال پیستون A4VSG Rexroth به دلیل کارایی فشار بالا، کنترل هوشمند،و دوام قابل اعتماداز طریق طراحی بهینه شده و برنامه های کاربردی فناوری کنترل هوشمند،A4VSG نه تنها با الزامات عملیاتی سختگیرانه TBM مطابقت دارد بلکه عملکرد استثنایی در حفظ انرژی و نگهداری هوشمند را نشان می دهد..

با پیشرفت ساخت تونل به سمت پروژه های عمیق تر، طولانی تر و پیچیده تر از نظر زمین شناسی،تکنولوژی پمپ پیستون محوری به نوآوری برای ارائه TBM با راه حل های قدرت قدرتمندتر و هوشمندانه ادامه خواهد دادبه عنوان یک رهبر جهانی در تکنولوژی هیدرولیک، رکسروث همچنان متعهد به پیشرفت در توسعه پمپ های پیستون محوری، رانندگی سیستم های هیدرولیک TBM به سمت بهره وری بیشتر، هوش،و پایداری زیست محیطی.