Полностью гидравлическая проходческая машина

Когда говорят ?полностью гидравлическая проходческая машина?, многие сразу представляют себе просто замену электрических приводов на гидравлические цилиндры. Но суть не в этом. Речь о целостной силовой и управленческой философии, где от подачи грунта до позиционирования щита — всё завязано на гидравлических контурах. И главный камень преткновения — не мощность, а синхронность и управляемость этих контуров в условиях переменного грунтового давления. Часто вижу, как эту ?полноту? понимают буквально, а потом удивляются, почему система ?дергается? или не держит заданную траекторию в мягких плывунах.

От чертежа к первому забою: где теряется контроль

Наша первая серьезная сборка по такому проекту была, помнится, для тоннеля под технические коммуникации. За основу взяли конструкцию щита диаметром 3.2 метра. Заказчик настаивал на полностью гидравлической проходческой машине, мотивируя это желанием иметь единую среду управления и повышенную ремонтопригодность в полевых условиях. Логично? В теории — да. Но на этапе стендовых испытаний вылезла классическая проблема: разные группы цилиндров — забойных, домкратов хода, шлюзовых затворов — работали с разной динамикой отклика. Гидравлика-то общая, но насосные группы и золотники не были должным образом сбалансированы под переменную нагрузку. В итоге, когда забойные цилиндры упирались в плотный прослоек, давление в системе ?проваливалось?, и домкраты хода на секунду теряли усилие. Для щита это — риск просадки.

Пришлось пересматривать схему развязки контуров. Не делить на независимые системы, а вводить клапаны приоритета и аккумуляторы давления именно для силовых домкратов. Это добавило сложности в обвязку, но сохранило принцип единой гидросистемы. Ключевой вывод: ?полностью? не означает ?однонасосно?. Это архитектура с продуманным резервированием и приоритезацией потоков.

Кстати, о компонентах. Тогда много времени ушло на подбор именно парных гидронасосов, которые могли бы работать в режиме разделения мощности. Часто предлагали стандартные аксиально-поршневые, но они не всегда хорошо держали КПД при частичной нагрузке. Остановились на варианте с возможностью электрорегулировки подачи, хотя это и удорожало проект. Без этого, думаю, синхронность движения была бы недостижима.

Полевые условия: когда теория сталкивается с грунтом

Первые метры проходки той машины стали лучшим испытанием. Грунт — суглинок с включениями гравия. Датчики давления в забойных цилиндрах показывали скачки, которые система управления не успевала парировать стандартными алгоритмами. Автоматика пыталась выровнять давление, но из-за инерции гидравлической жидкости возникали колебания. Фактически, проходческая машина работала в режиме постоянной микро-коррекции, что вело к перегреву масла.

Здесь пригодился опыт механиков, которые вручную, глядя на показания и слушая работу насосов, стали подбирать коэффициенты для ПИД-регуляторов. Это был не учебный процесс, а чистая практика. Выяснилось, что для гидравлики критична не столько абсолютная точность поддержания давления, сколько скорость реакции на его падение. Добавили в контур быстродействующие клапаны прямого действия, параллельно с основными электроуправляемыми. Это снизило нагрузку на автоматику.

Еще один нюанс — температура. В закрытом тоннеле, при круглосуточной работе, нагрев гидравлического масла был выше расчетного. Штатные радиаторы не справлялись. Пришлось на ходу монтировать дополнительный контур охлаждения с выносным теплообменником. Это, конечно, не было провалом, но явный просчет в тепловом расчете. Теперь для новых проектов мы сразу закладываем 30-40% запас по теплоотдаче, особенно для южных регионов или глубоких забоев.

Сборка и логистика: взгляд из цеха

Все эти тонкости рождаются не на стройплощадке, а на этапе производства. Вот, к примеру, наше предприятие — ООО ?Чжунтуоао Электромеханическое Оборудование? в Датуне. Площадь позволяет собирать крупные узлы под крышей. Для полностью гидравлической машины критически важна чистота при сборке гидросистемы. У нас под это выделена отдельная зона в сборочном цеху, с контролем чистоты по ISO 4406. Потому что одна микрочастица в золотнике высокого давления может вывести из строя целый контур.

Сварка и механическая обработка корпусных деталей — тоже отдельная история. Рама щита испытывает не только статические, но и динамические циклические нагрузки от работы домкратов. Поэтому сварные швы после обработки проходят не только УЗК, но и контроль на остаточные напряжения. Раньше бывало, что после транспортировки на объект в раме обнаруживались микротрещины — следствие неправильного режима охлаждения после сварки. Сейчас технологию уже отработали.

Логистика таких машин — всегда головная боль. Мы собираем и испытываем крупные модули у себя, подробную информацию о наших мощностях можно найти на https://www.china-dtszta.ru. А потом отправляем на объект для окончательного монтажа. Самый сложный момент — транспортировка гидроблока. Его нельзя трясти, а дороги, ведущие к котлованам, редко бывают идеальными. Приходится разрабатывать индивидуальные крепления и амортизацию для каждого рейса. Один раз из-за сильной тряски лопнула трубка сливной магистрали внутри блока — пришлось разбирать и промывать всю систему на месте. Урок на будущее.

Взаимодействие с другими системами: не только гидравлика

Заблуждение думать, что полностью гидравлическая проходческая машина существует в вакууме. Её эффективность упирается в системы удаления грунта и тоннельную обделку. Например, шнековый конвейер у нас тоже с гидроприводом, синхронизированным с скоростью проходки. Но если оператор на пульте слишком резко добавляет ?ход? домкратам, шнек может не успеть, и произойдет закупорка. Приходится ?обучать? алгоритм предугадывать команду оператора, настраивая мягкую связку между контурами.

С обделкой — ещё интереснее. Гидравлические домкраты должны не просто толкать щит, но и создавать равномерное усилие на тюбинги, чтобы не повредить их края. Здесь важна не только синхронность, но и профиль усилия. Мы программируем несколько режимов работы домкратов в зависимости от типа обделки. Для чугунных тюбингов один профиль давления, для железобетонных — другой, с учетом их хрупкости. Это знание пришло после инцидента с сколом угла бетонного блока на одной из первых проходок.

Система смазки обделки тоже часто гидравлическая. И её работу нужно интегрировать в общий цикл. Бывало, что при остановке на ТО смазочные форсунки продолжали подавать раствор, что приводило к его перерасходу и загрязнению забоя. Пришлось вводить жесткую логическую блокировку: смазка работает только в режиме проходки и только при движении домкратов. Мелочь? На бумаге — да. На объекте — экономия тонн материалов и чистота рабочей зоны.

Взгляд в будущее: что еще можно улучшить

Сейчас мы экспериментируем с системами адаптивного управления, которые используют данные с датчиков давления в забое для прогнозирования типа грунта. Идея в том, чтобы гидравлическая проходческая машина могла автоматически подбирать не только усилие, но и скорость вращения ротора, и режим работы шлюзового затвора. Пока это полуавтоматические режимы, требующие подтверждения оператора. Но даже они позволяют снизить нагрузку на машиниста и повысить среднюю скорость проходки в неоднородных грунтах.

Еще один вектор — диагностика. В гидравлической системе по изменению формы импульсов давления, температуре разных контуров и анализу рабочей жидкости можно предсказать износ уплотнений или начало кавитации в насосе. Мы постепенно накапливаем эту статистику, чтобы перейти от планового ТО к обслуживанию по фактическому состоянию. Это может резко увеличить ресурс ключевых компонентов.

Вернусь к началу. ?Полностью гидравлическая? — это не маркетинговый ярлык, а инженерный вызов. Это путь от простой замены приводов к созданию ?живого? организма, где все системы дышат в одном ритме, управляемом давлением жидкости. Ошибки, описанные выше, — неотъемлемая часть этого пути. И каждый новый проект на нашем заводе в Датуне, каждый собранный и отлаженный узел — это шаг к более надежной и умной машине. Главное — не бояться этих ошибок и уметь читать то, что тебе говорит гидравлика: по стуку, по нагреву, по едва заметному дрожанию стрелки манометра.