Rexroth A4VSG Pompa a pistoni assiali a spostamento variabile nei sistemi idraulici TBM: soluzioni di applicazione innovative

1Introduzione: Requisiti fondamentali dei sistemi idraulici TBM

Nella moderna costruzione di gallerie, le macchine per la trivellazione di gallerie (TBM) sono attrezzature critiche le cui prestazioni determinano direttamente l'efficienza e la qualità del progetto.che funge da "cuore" di un TBM, fornisce funzioni fondamentali tra cui spinta, motore di taglio e erezione del segmento.Le pompe a pistoni assiali della serie Rexroth A4VSG con spostamento variabile sono diventate la fonte di energia idraulica preferita dai produttori globali di TBM a causa delle loro prestazioni e affidabilità eccezionali.

Dal suo sviluppo a metà del XX secolo, la tecnologia delle pompe a pistoni assiali è diventata un componente chiave insostituibile nei sistemi idraulici ad alta pressione.Rispetto alle tradizionali pompe a ingranaggi e pompe a pale, le pompe a pistoni assiali a spostamento variabile offrono vantaggi significativi tra cui alta pressione di lavoro, efficienza volumetrica,e ampia gamma di regolazione del flusso, che li rende particolarmente adatti per applicazioni TBM.

2. Caratteristiche tecniche delle pompe a pistoni assiali a spostamento variabile Rexroth A4VSG

2.1 Concetto di progettazione innovativo

La serie Rexroth A4VSG è dotata di un design a pistoni assiali con spostamento variabile di tipo piattaforma che consente di regolare lo spostamento senza gradini cambiando l'angolo della piattaforma.Questa progettazione consente alla pompa di regolare automaticamente il flusso di uscita in base alle esigenze del sistema mantenendo una velocità di rotazione costantePer apparecchiature come le TBM con carichi altamente variabili,Questa caratteristica delle pompe a pistoni assiali a spostamento variabile migliora significativamente l'efficienza di utilizzo dell'energia.

2.2 Principali parametri di prestazione

· Intervallo di pressione di lavoro: massimo 400 bar, funzionamento continuo a 350 bar, soddisfacendo i requisiti idraulici ad alta pressione dei TBM

· Distanza di spostamento: 28-1000 ml/rev, per soddisfare i requisiti di potenza di varie specifiche di TBM

· Efficienza volumetrica: Fino al 98%, riducendo al minimo le perdite energetiche

· Controllo del rumore: la progettazione ottimizzata del pistone e della pantofola mantiene il rumore operativo sotto gli 80 dB

2.3 Progettazione per migliorare l'affidabilità

Per soddisfare la necessità di un funzionamento continuo nei TBM, la pompa a pistoni assiale A4VSG incorpora molteplici tecnologie per migliorare l'affidabilità:

· Alloggiamento in ghisa nodulare ad alta resistenza con eccellente resistenza agli urti e alle vibrazioni

· Pistoli cromati e fori per cilindri particolarmente trattati per una resistenza all'usura superiore

· Disposizione ottimizzata dei cuscinetti che prolunga la vita utile

· Interfacce integrate per sensori di temperatura e pressione per il monitoraggio delle condizioni

3. Architettura del sistema idraulico TBM e posizionamento delle applicazioni A4VSG

3.1 Composizione tipica del sistema idraulico TBM

I moderni sistemi idraulici TBM sono costituiti in genere dai seguenti sottosistemi:

· Sistema di propulsione principale: Fornisce potenza di propulsione in avanti

· Sistema di azionamento della testa di taglio: alimenta la ruota di taglio rotante

· Sistema di erezione a segmento: controlla con precisione i manipolatori di installazione a segmento

· Sistemi ausiliari: comprende le funzioni di imballaggio, di trasporto del fango e altre funzioni di sostegno

Tra questi sottosistemi, le pompe a pistoni assiali a spostamento variabile servono principalmente i sistemi di trazione di spinta principale e di taglio che hanno le più elevate richieste di potenza.

3.2 Soluzioni tipiche di configurazione A4VSG per TBM

Le soluzioni di configurazione per le pompe a pistoni assiali A4VSG variano a seconda del diametro del TBM e delle condizioni geologiche:

- Sì.Soluzione TBM di diametro piccolo/medio (inferiore a φ6m)- - -

· Sistema di spinta principale: pompe a pistoni assiali 2×A4VSG 250 con comando di rilevamento del carico

· Azionamento della testa di taglio: pompa a pistoni assiale 1×A4VSG 500 con controllo di potenza costante

Potenza totale: circa 500-800 kW

- Sì.Soluzione TBM di grande diametro (oltre φ6m)- - -

· Sistema di spinta principale: pompe a pistoni assiali 4×A4VSG 355 con controllo della pressione in zona

· Azionamento della testa di taglio: 2×A4VSG 750 pompe a pistoni assiali a frequenza variabile + controllo del composto di potenza costante

· Potenza totale: 1200-2000 kW

4Principali vantaggi tecnici delle pompe a pistoni assiali A4VSG nei TBM

4.1 Controllo preciso della forza di spinta

La propulsione del TBM richiede l'adeguamento in tempo reale della forza di spinta e della velocità in base alle condizioni geologiche.Le pompe a pistoni assiali A4VSG dotate di controllo elettronico delle proporzioni (controllo HD) o di controllo di rilevamento del carico (controllo DA) consentono:

· Accuratezza della velocità di propulsione pari a 0,1 mm/s

· regolazione indipendente della pressione per gruppi di cilindri multipli

· Correzione automatica delle deviazioni per mantenere la precisione dell'asse di galleria

4.2 Corrispondenza efficiente di potenza

I sistemi di pompa a cilindrata fissa tradizionali sprecano una quantità significativa di energia durante il funzionamento del TBM a basso carico.A4VSG pompe a pistoni assiali a spostamento variabile realizzate mediante controllo della potenza costante o controllo di rilevamento del carico:

· Risparmio energetico superiore al 30%

· Riduzione dell'innalzamento della temperatura dell'olio idraulico, prolungamento della durata del fluido

· Ridurre il carico del sistema di raffreddamento

4.3 Adattabilità a geologie complesse

Per diverse condizioni geologiche (suolo molle, ghiaia, roccia, ecc.), le pompe a pistoni assiali A4VSG possono regolare rapidamente i parametri di funzionamento:

· Strato morbido del suolo: bassa pressione, alto flusso

· Strato di roccia dura: alta pressione, bassa portata

· Strato misto: commutazione automatica

5Tecnologia di controllo intelligente per A4VSGPompe a pistoni assiali

5.1 Integrazione del sistema di controllo elettronico

Le moderne pompe a pistoni assiali A4VSG possono integrare più opzioni di controllo elettronico:

· Controllo proporzionale del solenoidePermette una regolazione precisa dello spostamento

· Interfaccia del bus CAN: connessione senza soluzione di continuità con il sistema di controllo principale della TBM

· Interfaccia di monitoraggio delle condizioni: Feedback in tempo reale dei parametri di funzionamento della pompa

5.2 Funzioni intelligenti di diagnosi dei guasti

Con il monitoraggio dei parametri chiave delle pompe a pistoni assiali, si possono ottenere preavvisi di guasto:

· Sensori di vibrazione rilevano le condizioni del cuscinetto

· L'analisi delle pulsazioni di pressione identifica l'usura del pistone

· Il monitoraggio della temperatura prevede la durata della foca

5.3 Applicazione della tecnologia digitale gemella

Il confronto dei dati operativi della pompa a pistoni assiale A4VSG con i modelli digitali consente:

· Previsione della tendenza al declino delle prestazioni

· Valutazione della durata della vita

· Determinazione dei tempi di manutenzione ottimali

6. tipici casi di applicazione ingegneristica

6.1 Caso 1: Progetto di galleria della metropolitana urbana

Parametri del progetto:

· Diametro del TBM: 6,28 m

· Lunghezza del tunnel: 3,2 km

· Condizioni geologiche: alternanza di strati di terreno molle e ghiaia

Configurazione del sistema idraulico:

· Spinta principale: pompe a pistoni assiali 3×A4VSG 355

· Azionamento della testa di taglio: 2×A4VSG 500 pompe a pistoni assiali

Risultati operativi:

· Il tasso medio di anticipo raggiunto a 12 m/giorno

· Zero guasti del sistema idraulico

· Risparmio energetico del 28% rispetto ai sistemi convenzionali

6.2 Caso 2: Progetto di galleria fluviale

Sfide del progetto:

· Alta pressione dell'acqua (0,6 MPa)

· Tunneling a lunga distanza (5,8 km)

· Geologia complessa (suolo molle, zone di frattura rocciosa)

Soluzione:

· Progettazione ridondante con pompe a pistoni assiali A4VSG

· Configurazione intelligente del sistema di compensazione della pressione

· Attuazione del monitoraggio remoto delle condizioni

Progetti realizzati:

· Sviluppo di un record mensile di 456 metri in anticipo

· L'affidabilità del sistema idraulico raggiunge il 99,98%

· Il premio per l'innovazione tecnologica

7Guida alla manutenzione e alla risoluzione dei problemi

7.1 Punti di manutenzione di routine

Per garantire prestazioni ottimali della pompa a pistoni assiale A4VSG nelle applicazioni di TBM:

· Controllare la pulizia dei fluidi ogni 500 ore (ISO 4406 18/16/13)

· Ispezionare il filtro di aspirazione della pompa ogni 1000 ore

· Prova dell'efficienza volumetrica della pompa ogni 2000 ore

· Controllare regolarmente l'allineamento dell'accoppiamento e le vibrazioni del condotto

7.2 Risoluzione comune dei problemi

- Sì.Problema 1: flusso di produzione insufficiente- Sì.
Possibili cause:

· Adesione del meccanismo di regolazione della placca

· Pressione di controllo insufficiente

· Usura del pistone

Soluzioni:

· Controllare la pressione del circuito di controllo

· Provare la libertà di movimento della placca

· Misurare la distanza libera tra il pistone e il blocco del cilindro

- Sì.Problema 2: rumore anormale- Sì.
Possibili cause:

· Cavitazione dovuta a aspirazione insufficiente

· Danni da sopportare

· Usura delle pantofole a pistone

Soluzioni:

· Controllare il filtro di aspirazione

· Spettro delle vibrazioni del cuscinetto del monitor

Disassemblare per esaminare le coppie di attrito critiche

8. Tendenze di sviluppo futuro e Prospettive tecnologiche

8.1 Indirizzi di sviluppo della tecnologia delle pompe a pistoni assiali

· Pressione nominale superiore: Obiettivo di funzionamento continuo a 450 bar

· Controllo adattivo intelligente: Ottimizzazione dei parametri basata sulle condizioni di funzionamento

· Applicazioni di nuovi materiali: pistoni di ceramica, cuscinetti compositi, ecc.

· Disegni più compatti: densità di potenza superiore del 30%

8.2 Innovazioni del sistema idraulico TBM

· Sistemi di alimentazione ibrida: Pompa a pistoni assiale combinata e motori elettrici per cilindri

· Tecnologia di recupero dell'energia: utilizzo di A4VSG in modalità motore per recuperare l'energia di frenatura

· Sistemi elettroidraulici completi: Eliminazione dell'idraulica pilota con controllo elettronico completo

9Conclusioni

La pompa a pistoni a spostamento variabile assiale Rexroth A4VSG è diventata il componente di potenza principale dei moderni sistemi idraulici TBM grazie alla sua efficienza ad alta pressione, al controllo intelligente,e durabilità affidabileAttraverso un design ottimizzato e applicazioni di tecnologia di controllo intelligente,l'A4VSG non solo soddisfa i severi requisiti operativi del TBM, ma dimostra anche prestazioni eccezionali in termini di risparmio energetico e manutenzione intelligente.

Man mano che la costruzione dei tunnel progredisce verso progetti più profondi, più lunghi e geologicamente più complessi,La tecnologia delle pompe a pistoni assiali continuerà a innovare per fornire alle TBM soluzioni di potenza più potenti e intelligentiCome leader mondiale nella tecnologia idraulica, Rexroth continua ad impegnarsi a far progredire lo sviluppo di pompe a pistoni assiali, guidando i sistemi idraulici TBM verso una maggiore efficienza, intelligenza,e sostenibilità ambientale.