Rexroth A4VSG axiale Kolbenpumpe mit variabler Verschiebung in TBM-Hydrauliksystemen: Innovative Anwendungslösungen

1. Einführung: Grundvoraussetzungen für TBM-Hydrauliksysteme

Im modernen Tunnelbau dienen Tunnelbohrmaschinen (TBMs) als kritische Ausrüstung, deren Leistung unmittelbar die Effizienz und Qualität des Projekts bestimmt.Funktion als "Herz" eines TBM, die Kernfunktionen wie Schub, Schneidkopfantrieb und Segmenterrichtung betreibt.Die Axialkolbenpumpen der Rexroth A4VSG-Serie mit variabler Verschiebung sind aufgrund ihrer hervorragenden Leistung und Zuverlässigkeit zur bevorzugten hydraulischen Energiequelle für globale TBM-Hersteller geworden.

Seit ihrer Entwicklung Mitte des 20. Jahrhunderts ist die axiale Kolbenpumpentechnologie zu einem unersetzlichen Schlüsselbestandteil in Hochdruckhydrauliksystemen geworden.Verglichen mit herkömmlichen Getriebepumpen und Schieferpumpen, axiale Kolbenpumpen mit variabler Versetzung bieten erhebliche Vorteile wie hohen Arbeitsdruck, volumetrische Effizienz,Sie sind besonders geeignet für anspruchsvolle TBM-Anwendungen..

2. Technische Eigenschaften von Rexroth A4VSG-Axialkolbenpumpen mit variabler Verschieberung

2.1 Innovatives Konzept

Die Rexroth A4VSG-Serie verfügt über eine axiale Kolben-Variablenverschiebung, die eine schrittlose Verschiebungsregelung durch Änderung des Winkels der Schwertplatte ermöglicht.Diese Konstruktion ermöglicht es der Pumpe, den Ausgangsfluss automatisch nach den Anforderungen des Systems anzupassen und gleichzeitig eine konstante Drehgeschwindigkeit zu haltenFür Geräte wie TBMs mit sehr variablen Lasten ist es wichtig, dassDiese Eigenschaft von Pistonpumpen mit variabler Bewegungsdichte verbessert die Energieeffizienz erheblich..

2.2 Wichtige Leistungsparameter

· Betriebsdruckbereich: Maximal 400 bar, Dauerbetrieb bei 350 bar, erfüllen hochdruckfähige hydraulische Anforderungen von TBM

· Versetzungsbereich: 28-1000 ml/Umsatz, für Leistungsanforderungen für verschiedene Spezifikationen der TBM

· Volumetrische Effizienz: bis zu 98% und so einen minimalen Energieverlust

· Geräuschbegrenzung: Optimiertes Kolben- und Schuhdesign hält Betriebslärm unter 80 dB

2.3 Zuverlässigkeitssteigerungskonstruktion

Die axiale Kolbenpumpe A4VSG bedient sich der Notwendigkeit eines kontinuierlichen Betriebs in TBMs mit mehreren Technologien zur Verbesserung der Zuverlässigkeit:

· Hochfeste Knotenform aus Gusseisen mit hervorragender Aufprall- und Schwingungsbeständigkeit

· Festchromte Kolben und besonders behandelte Zylinderöffnung für eine höhere Verschleißfestigkeit

· Optimierte Lageranordnung, die die Lebensdauer verlängert

· Integrierte Temperatur- und Drucksensor-Schnittstellen zur Zustandsüberwachung

3. TBM Hydraulic System Architecture und A4VSG Anwendungs Positionierung

3.1 Typische Zusammensetzung des TBM-Hydrauliksystems

Moderne TBM-Hydrauliksysteme bestehen in der Regel aus folgenden Teilsystemen:

· Hauptantriebssystem: Versorgt den Vortrieb

· Schnittkopfantrieb: Versorgung des rotierenden Schneidrads

· Segment-Erection-System: Steuert die Segment-Installationsmanipulatoren präzise

· Hilfssysteme: Einschließlich Fugen, Schmutztransport und andere Stützfunktionen

Unter diesen Teilsystemen bedienen die axalen Kolbenpumpen mit variabler Versetzung vor allem die Hauptantriebssysteme mit dem höchsten Leistungsaufwand.

3.2 Typische A4VSG-Konfigurationslösungen für TBM

Konfigurationslösungen für axiale Kolbenpumpen A4VSG variieren je nach TBM-Durchmesser und geologischen Bedingungen:

- Ich weiß.Lösung mit kleiner/mittlerem Durchmesser TBM (unter φ6m)Die Kommission

· Hauptantriebssystem: 2×A4VSG 250 axiale Kolbenpumpen mit Lastempfindungskontrolle

· Trennkopfantrieb: 1 × A4VSG 500 axiale Kolbenpumpe mit konstanten Leistungsregelung

· Gesamtleistung: ca. 500-800 kW

- Ich weiß.Lösung mit großem Durchmesser TBM (über φ6m)Die Kommission

· Hauptantriebssystem: 4×A4VSG 355 axiale Kolbenpumpen mit zonierter Druckregelung

· Schneidkopfantrieb: 2×A4VSG 750 axiale Kolbenpumpen mit variabler Frequenz + Steuerung der Konstanten Leistung

· Gesamtleistung: 1200-2000 kW

4Die wichtigsten technischen Vorteile von A4VSG-Axialkolbenpumpen in TBM

4.1 Präzise Steuerung der Schubkraft

Der TBM-Antrieb erfordert eine Echtzeit-Anpassung von Schubkraft und Geschwindigkeit je nach geologischen Bedingungen.A4VSG axiale Kolbenpumpen mit elektronischer Proportionssteuerung (HD-Steuerung) oder Lastempfindung (DA-Steuerung) ermöglichen:

· Antriebsgeschwindigkeitsgenauigkeit bis 0,1 mm/s

• Unabhängige Druckregelung für mehrere Zylindergruppen

• Automatische Abweichungskorrektur zur Aufrechterhaltung der Präzision der Tunnelachse

4.2 Effiziente Leistungsabgleichung

Bei herkömmlichen Pumpensystemen mit fester Verlagerung wird bei einem TBM mit geringer Last erheblich Energie verschwendet.A4VSG axiale Kolbenpumpen mit variabler Verschiebung durch konstante Leistungsregelung oder Lastempfindung:

· Energieeinsparungen von mehr als 30%

• Verringerte Temperaturerhöhung des Hydrauliköls, Verlängerung der Lebensdauer des Flüssiges

· Verringerte Belastung des Kühlsystems

4.3 Anpassungsfähigkeit an komplexe Geologie

Für verschiedene geologische Bedingungen (weiche Böden, Kies, Gestein usw.) können A4VSG-Axialkolbenpumpen die Betriebsparameter schnell anpassen:

· Weichboden-Schicht: Niedriger Druck, hoher Durchfluss

· Harte Gesteinsschicht: Hoher Druck, geringer Durchfluss

• Mischlag: automatischer Moduswechsel

5Intelligente Steuerungstechnologie für A4VSGAksialkolbenpumpen

5.1 Elektronische Steuerungseinheit

Moderne axiale Kolbenpumpen A4VSG können mehrere elektronische Steuerungsoptionen integrieren:

· Proportionelle Steuerung der Magnetvorrichtung: Ermöglicht eine präzise Bewegungsstellung

· CAN-Bus-Schnittstelle: nahtlose Verbindung mit dem TBM-Hauptsteuerungssystem

· Zustandsüberwachungsschnittstelle: Rückkopplung der Betriebsparameter der Pumpe in Echtzeit

5.2 Intelligente Fehlerdiagnosefunktionen

Durch die Überwachung der wichtigsten Parameter von axalen Kolbenpumpen kann eine frühzeitige Fehlerwarnung erreicht werden:

· Vibrationssensoren erkennen den Lagerstil

• Druckpulsationsanalyse ermittelt Kolbenverschleiß

· Temperaturüberwachung prognostiziert Lebensdauer von Robben

5.3 Anwendung der Digital Twin Technologie

Der Vergleich der Betriebsdaten der axalen Kolbenpumpe A4VSG mit digitalen Modellen ermöglicht:

· Prognose der Abnahme der Leistungsfähigkeit

· Bewertung des verbleibenden Lebens

· Optimale Festlegung der Wartungszeit

6Typische Anwendungsfälle im Bereich der Technik

6.1 Fall 1: Stadtbahn-Tunnelprojekt

Projektparameter:

• Durchmesser des TBM: 6,28 m

· Länge des Tunnels: 3,2 km

· Geologische Bedingungen: Wechselnde weiche Böden und Kieslagen

Konfiguration der hydraulischen Anlage:

· Hauptantrieb: 3×A4VSG 355 axiale Kolbenpumpen

· Schnittkopfantrieb: 2×A4VSG 500 axiale Kolbenpumpen

Ergebnisse der Operation:

• Durchschnittliche Vorauszahlung von 12 m/Tag

· Null Ausfälle der hydraulischen Anlage

• 28% Energieeinsparung im Vergleich zu herkömmlichen Systemen

6.2 Fall 2: Projekt für einen Tunnel über einen Fluss

Herausforderungen des Projekts:

· Hoher Wasserdruck (0,6 MPa)

· Langstrecken-Tunnelbau (5,8 km)

· Komplexe Geologie (weiche Böden, Felsbruchzonen)

Lösung:

· Redundante Konstruktion mit A4VSG-Axialkolbenpumpen

• Intelligente Konfiguration des Druckkompensationssystems

· Durchführung der Fernüberwachung der Zustände

Projektleistungen:

· Monatlicher Vorlaufrekord von 456 Metern

• Die Zuverlässigkeit des Hydrauliksystems erreicht 99,98%

· Erhielt den Technologieinnovationspreis des Eigentümers

7. Wartungs- und Fehlerbehebungshandbuch

7.1 Routinewartungspunkte

Zur Gewährleistung einer optimalen Leistung der axalen Kolbenpumpe A4VSG in TBM-Anwendungen:

· Überprüfen Sie die Reinheit der Flüssigkeit alle 500 Stunden (ISO 4406 18/16/13)

· Inspirieren Sie den Saugfilter der Pumpe alle 1000 Stunden

· Prüfung der volumetrischen Effizienz der Pumpe alle 2000 Stunden

· Regelmäßige Prüfung der Ausrichtung der Kupplung und der Schwingungen der Rohrleitung

7.2 Gemeinsame Fehlerbehebung

- Ich weiß.Frage 1: Unzureichender Ausgangsfluss- Ich weiß.
Mögliche Ursachen

· Schlagplattenregelungsmechanismus kleben

· Unzureichender Kontrolldruck

· Verschleiß der Kolben

Lösungen:

· Überprüfen Sie den Druck des Steuerkreislaufs

· Prüfung der Bewegungsfreiheit der Schwertplatte

· Messung der Abstand zwischen Kolben und Zylinderblock

- Ich weiß.Frage 2: Abnormaler Lärm- Ich weiß.
Mögliche Ursachen

· Kavitation aufgrund unzureichender Saugfähigkeit

· Schäden zu tragen

· Verschleiß der Kolbenschuhen

Lösungen:

· Inspirieren Sie den Saugfilter

• Spektrum der Vibrationen des Monitorlagers

· Demontage zur Untersuchung kritischer Reibungspaare

8. Zukunftsentwicklungstrends und Technologische Aussichten

8.1 Entwicklungsrichtlinien für die Technologie für die axiale Kolbenpumpe

· Höhere NenndruckwerteZiel: Dauerbetrieb von 450 bar

· Intelligente adaptive Steuerung: Optimierung von selbstlernenden Parametern basierend auf Betriebsbedingungen

· Anwendungen neuer Materialien: Keramische Kolben, Lager aus Verbundwerkstoffen usw.

· Kompaktere Konstruktionen: 30% höhere Leistungsdichte

8.2 Innovationen des TBM-Hydrauliksystems

· Hybride Antriebe: Kombinierte axiale Kolbenpumpe und elektrische Zylinderantriebe

· Technik zur Energierückgewinnung: Verwendung von A4VSG im Motormodus zur Rückgewinnung der Bremsenergie

· Vollelektrohydraulische Systeme: Eliminierung der Pilot-Hydraulik mit voller elektronischer Steuerung

9Schlussfolgerung.

Die Rexroth A4VSG axiale Kolbenpumpe mit variabler Verlagerung ist aufgrund ihrer hohen Druckwirksamkeit, intelligenter Steuerung,und zuverlässige HaltbarkeitDurch optimiertes Design und intelligente Steuerungstechnologie-AnwendungenDie A4VSG erfüllt nicht nur strenge Betriebsvoraussetzungen für TBMs, sondern zeigt auch außergewöhnliche Leistungen bei Energieeinsparung und intelligenter Wartung..

Während der Tunnelbau weitergeht und zu tieferen, längeren und geologisch komplexeren Projekten führt,Die axiale Kolbenpumpen-Technologie wird weiterhin innovativ sein, um TBM leistungsfähiger und intelligenter zu machen.Als weltweit führendes Unternehmen in der Hydrauliktechnik setzt sich Rexroth weiterhin für die Weiterentwicklung von axialen Kolbenpumpen ein, die TBM-Hydrauliksysteme zu mehr Effizienz, Intelligenz,und ökologische Nachhaltigkeit.