مضخة ريكسروث A4VSG المحوري المكبس المتغير في أنظمة TBM الهيدروليكية: حلول تطبيق مبتكرة

1مقدمة: المتطلبات الأساسية للأنظمة الهيدروليكية TBM

في بناء الأنفاق الحديثة ، تعمل آلات حفر الأنفاق (TBMs) كمعدات حاسمة يحدد أداؤها بشكل مباشر كفاءة ومستوى المشروع.تعمل كـ "قلب" لـ TBM، قوى الوظائف الأساسية بما في ذلك الدفع، محرك رأس القطع، وترميم القطعة.أصبحت مضخات Rexroth A4VSG سلسلة المكبس المحوري المتغير النزوح مصدر الطاقة الهيدروليكية المفضل لمصنعي TBM العالمية بسبب أدائها المتميزة وموثوقيتها.

منذ تطويرها في منتصف القرن العشرين، أصبحت تقنية مضخة المكبس المحوري عنصرًا رئيسيًا لا يمكن استبداله في الأنظمة الهيدروليكية عالية الضغط.مقارنة بمضخات العجلات التقليدية ومضخات الشراعالمضخات المحورية المضخة ذات التحول المتغير تقدم مزايا كبيرة بما في ذلك ضغط العمل العالي، الكفاءة الحجمية،ومجموعة واسعة من ضبط التدفق مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لتطبيقات TBM المطالبة.

2الخصائص التقنية لمضخات ريكسروث A4VSG المحورية المكبسية ذات التحول المتغير

2.1 مفهوم التصميم المبتكر

تتميز سلسلة Rexroth A4VSG بتصميم مسدس محوري متغير النزوح من نوع السويسبليت الذي يحقق تعديل النزوح بدون خطوات عن طريق تغيير زاوية السويسبليت.هذا التصميم يسمح للمضخة لتعديل تدفق الإخراج تلقائيًا وفقًا لمطالب النظام مع الحفاظ على سرعة دوران ثابتة، لتحقيق مطابقة طاقة دقيقة للمعدات مثل TBMs مع أحمال متغيرة للغاية،هذه الخصائص من مضخات البستن المحوري المتغير النزوح تحسن بشكل كبير كفاءة استخدام الطاقة.

2.2 معايير الأداء الرئيسية

· نطاق ضغط العمل: 400 بار كحد أقصى ، تشغيل مستمر عند 350 بار ، تلبية متطلبات هيدروليكية الضغط العالي من TBMs

· نطاق النقل: 28-1000 مل/دورة، تغطي متطلبات الطاقة لمختلف مواصفات TBM

· الكفاءة الحجمية: تصل إلى 98٪، وتقلل من فقدان الطاقة

· التحكم في الضوضاء: تصميم المكبس والحذاء المثالي يبقي ضوضاء التشغيل أقل من 80 ديسيبل

2.3 تصميم تعزيز الموثوقية

معالجة الحاجة إلى التشغيل المستمر في TBMs ، مضخة المكبس المحوري A4VSG تتضمن العديد من تقنيات تعزيز الموثوقية:

· غطاء حديدي صلب للغاية مع مقاومة عالية للصدمات والاهتزازات

· المكبسات المزينة بالكروم الصلبة ومسح الأسطوانة المعالجة خصيصًا لمقاومة الارتداء المتفوقة

· ترتيب محامل محسّن يطيل عمر الخدمة

· واجهات مستشعرات درجة الحرارة والضغط المتكاملة لمراقبة الحالة

3بنية النظام الهيدروليكي لـ TBM وموقع تطبيق A4VSG

3.1 تكوين النظام الهيدروليكي النموذجي لـ TBM

تتكون الأنظمة الهيدروليكية الحديثة لـ TBM عادةً من الأنظمة الفرعية التالية:

· نظام الدفع الرئيسي: يوفر قوة الدفع الأمامية

· نظام محرك رأس القطع: يدفع عجلة القطع الدورية

· نظام تركيب القطاع: يتحكم بدقة في معالجات تركيب القطاع

· الأنظمة المساعدة: تشمل القمع ونقل الطين ووظائف الدعم الأخرى

من بين هذه الأنظمة الفرعية ، تعمل مضخات البستن المحوري المتغيرة في المقام الأول على أنظمة الدفع الرئيسية ودفع رأس القطع التي لديها أعلى متطلبات الطاقة.

3.2 الحلول النموذجية لتكوين A4VSG لـ TBMs

تختلف حلول التكوين لمضخات المكبس المحوري A4VSG تبعاً لقطر TBM والظروف الجيولوجية:

- نعممحلول TBM ذو قطر صغير/متوسط (أقل من φ6m):

· نظام الدفع الرئيسي: مضخات المكبس المحوري 2 × A4VSG 250 مع التحكم في استشعار الحمل

· محرك رأس القطع: مضخة البستن المحوري 1 × A4VSG 500 مع التحكم في الطاقة الثابتة

· الطاقة الإجمالية: حوالي 500-800 كيلوواط

- نعممحلول TBM ذات قطر كبير (أكثر من φ6m):

· نظام الدفع الرئيسي: مضخات البستن المحوري 4 × A4VSG 355 مع ضبط الضغط المنطقة

· محرك رأس القطع: مضخات المكبس المحوري 2 × A4VSG 750 مع تردد متغير + تحكم مركب الطاقة الثابتة

· الطاقة الإجمالية: 1200-2000 كيلوواط

4المزايا التقنية الرئيسية لمضخات المكبس المحوري A4VSG في TBMs

4.1 تحكم دقيق بقوة الدفع

يحتاج الدفع TBM إلى تعديل في الوقت الحقيقي من قوة الدفع والسرعة وفقا للظروف الجيولوجية.مضخات المكبس المحوري A4VSG مجهزة بجهاز التحكم الإلكتروني في النسبية (تحكم HD) أو التحكم في استشعار الحمل (تحكم DA):

· دقة سرعة الدفع إلى 0.1 ملم/ثانية

· ضبط الضغط المستقل لمجموعات أسطوانات متعددة

· تصحيح الانحراف التلقائي للحفاظ على دقة محور النفق

4.2 مطابقة الطاقة الفعالة

أنظمة المضخات الثابتة التقليدية تضيع طاقة كبيرة أثناء تشغيل TBM ذو الحمل المنخفض.المضخات المحورية A4VSG المكبس المتغير النزوح تحقيق من خلال التحكم في الطاقة الثابتة أو التحكم في استشعار الحمل:

· وفورات طاقة تزيد عن 30%

· انخفاض ارتفاع درجة حرارة الزيت الهيدروليكي، وتطويل عمر الخدمة للسيولة

· انخفاض عبء نظام التبريد

4.3 القدرة على التكيف مع الجيولوجيا المعقدة

في ظروف جيولوجية مختلفة (تربة ناعمة وحصى وصخور، إلخ) ، يمكن لمضخات البستن المحوري A4VSG ضبط معايير التشغيل بسرعة:

· طبقة التربة الناعمة: ضغط منخفض، وضع تدفق عالي

· طبقة الصخور الصلبة: ضغط مرتفع، وضع تدفق منخفض

· طبقة مختلطة: التبديل التلقائي للأنماط

5تكنولوجيا التحكم الذكية لـ A4VSGمضخات المكبس المحوري

5.1 دمج نظام التحكم الإلكتروني

مضخات المكبس المحورية الحديثة A4VSG يمكن أن تدمج خيارات تحكم إلكترونية متعددة:

· التحكم النسبي في الجهاز الكهربائي: يسمح بتعديل تحرك دقيق

· واجهة حافلة CAN: الاتصال السلس مع نظام التحكم الرئيسي لـ TBM

· واجهة مراقبة الحالة: ردود الفعل في الوقت الحقيقي لمعلمات تشغيل المضخة

5.2 وظائف تشخيص الأخطاء الذكية

من خلال مراقبة المعلمات الرئيسية لمضخات المكبس المحوري ، يمكن تحقيق تحذيرات مبكرة عن الأخطاء:

· أجهزة استشعار الاهتزاز تكتشف حالة المحمل

· تحليل نبض الضغط يحدد ارتداء المكبس

· مراقبة درجة الحرارة تتوقع عمر الفقمات

5.3 تطبيق تكنولوجيا التوأم الرقمي

مقارنة بيانات تشغيل مضخة المكبس المحوري A4VSG مع النماذج الرقمية تمكن:

· توقعات اتجاه تدهور الأداء

· تقييم الحياة المتبقية

· تحديد توقيت الصيانة الأمثل

6حالات تطبيق هندسية نموذجية

6.1 الحالة 1: مشروع نفق المترو الحضري

معايير المشروع:

· قطر TBM: 6.28 م

طول النفق: 3.2 كم

· الظروف الجيولوجية: تناوب طبقات التربة الرخوة والحصى

تكوين النظام الهيدروليكي:

· الدفع الرئيسي: مضخات البستن المحوري 3 × A4VSG 355

· محرك رأس القطع: مضخات المكبس المحوري 2 × A4VSG 500

نتائج العملية:

· متوسط معدل التقدم بلغ 12 مليون دولار يومياً

· صفر فشل في النظام الهيدروليكي

· وفورات طاقة بنسبة 28% مقارنة بالنظم التقليدية

6.2 الحالة 2: مشروع نفق عبر نهر

تحديات المشروع:

· ضغط المياه العالي (0.6 مبا)

· حفر الأنفاق لمسافات طويلة (5.8 كم)

· الجيولوجيا المعقدة (تربة ناعمة، مناطق كسور الصخور)

الحل:

· تصميم زائد باستخدام مضخات البستن المحوري A4VSG

· تكوين نظام تعويض الضغط الذكي

· تنفيذ مراقبة الحالة عن بعد

إنجازات المشروع:

· وضع رقم قياسي شهرياً متقدماً بـ 456 متر

· ووصلت موثوقية النظام الهيدروليكي إلى 99.98٪

· حصل على جائزة الابتكار التكنولوجي للمالك

7دليل الصيانة وإصلاح الأخطاء

7.1 نقاط الصيانة الروتينية

لضمان أداء مضخة المكبس المحوري A4VSG المثالي في تطبيقات TBM:

· تحقق من نظافة السوائل كل 500 ساعة (ISO 4406 18/16/13)

· فحص فلتر امتصاص المضخة كل 1000 ساعة

· اختبار الكفاءة الحجمية للمضخة كل 2000 ساعة

· تحقق بانتظام من محاذاة الارتباط واهتزاز الأنابيب

7.2 تسوية المشاكل الشائعة

- نعمالمسألة 1: تدفق الخروج غير الكافي- نعم
الأسباب المحتملة:

· آلية تعديل سيفشبلد الالتصاق

· ضغط التحكم غير الكافي

· تآكل المكبس

الحلول:

· تحقق من ضغط دائرة التحكم

· اختبار حرية حركة السلاح

· قياس مسافة المكبس / كتلة الاسطوانة

- نعمالمسألة 2: الضوضاء غير الطبيعية- نعم
الأسباب المحتملة:

· التجويف بسبب عدم كفاية الشفط

· الضرر الناجم

· ارتداء حذاء البستون

الحلول:

· فحص مرشح الشفط

· طيف الاهتزازات في الشاشة

· تفكيك لفحص أزواج الاحتكاك الحرجة

8. اتجاهات التنمية المستقبلية الآفاق التكنولوجية

8.1 اتجاهات تطوير تكنولوجيا مضخات المكبس المحوري

· ضغط أعلى: هدف تشغيل مستمر 450 بار

· التحكم المتكيف الذكي: تحسين المعايير المتعلقة بالتعلم الذاتي بناءً على ظروف التشغيل

· تطبيقات المواد الجديدة: البستونات السيراميكية، المحامل المركبة، الخ

· تصاميم أكثر تكثيفاً: 30٪ زيادة كثافة الطاقة

8.2 الابتكارات في نظام TBM الهيدروليكي

· نظم الطاقة الهجينة: مضخة المكبس المحوري المشتركة ومحركات الأسطوانة الكهربائية

· تكنولوجيا استرداد الطاقة: استخدام A4VSG في وضع المحرك لاستعادة طاقة الكبح

· أنظمة كهربائية هيدروليكية كاملة: القضاء على الهيدروليكيات الطيار مع التحكم الإلكتروني الكامل

9الاستنتاج

أصبحت مضخة Rexroth A4VSG المحورية المكبسة المتغيرة النزوح عنصر الطاقة الأساسي في الأنظمة الهيدروليكية TBM الحديثة بسبب كفاءتها عالية الضغط، التحكم الذكي،ومتانة موثوقةمن خلال تصميم محسّن وتطبيقات تكنولوجيا التحكم الذكيةA4VSG لا تلبي متطلبات تشغيل TBM الصارمة فحسب ، بل تظهر أيضًا أداءً استثنائيًا في توفير الطاقة والصيانة الذكية.

مع تقدم بناء الأنفاق نحو مشاريع أعمق وأطول وأكثر تعقيداً جيولوجياًسوف تستمر تكنولوجيا مضخات المكبس المحوري في الابتكار لتوفير حلول طاقة أكثر قوة وذكاء لـ TBMsكشركة رائدة عالمياً في مجال تكنولوجيا الهيدروليك، (ريكسروث) لا تزال ملتزمة بتطوير مضخات المكبس المحوري،واستدامة البيئة.