大型盾构管片吊机真空吸盘的研究及应用(2)

2013-05-04 容锦 中国铁建重工集团有限公司

3.2.2、真空吸盘的吸附面积及密闭腔的数量

  按选取的真空度和混凝土管片的重量计算吸附面积。管片重量G =70 000 N,真空度百分数80%,此时吸盘内腔的压强为P真=20 000 Pa。设所需的吸附面为S( m2 ) ,大气压强为P大= 100 000 Pa,如要使管片吸附不下掉,根据受力分析需满足如下条件:

P大× S ≥ P真× S + G

  将参数代入,则S≥0.875 m2。考虑到实际吸吊时的气体泄漏及断电保压等因素,应取较大的吸附面积安全系数,一般可取2.5 ~ 3,由此吸盘实际所需的面积大于或等于2.8 × 0.875 m2,即2.45 m2。大型盾构管片吊运真空吸盘设计中由于管片内表面面积大,通常安全系数取大于3。在正常工作状态时选用真空泵可维持真空度百分数在95% ~ 98%。根据盾构管片的分块形式,通常K 块( 楔形块)较小,真空吸盘密封腔分为3 个,中间密封腔面积的大小需要满足K 块的吸吊能力。

3.2.3、集气箱( 真空蓄能器) 的容积

  由于真空吸盘吸吊的管片质量要求较高,质量较大,所以真空系统的气体负荷较大,为此设置了一个集气箱( 真空蓄能器) 。集气箱一般直接设计在吸盘上,集气箱的容积大小与真空吸盘断电保压时间的长短及真空吸盘的漏气率有关,其中漏气率与管片内表面质量及真空吸盘密封条质量有关。

  根据经验真空吸盘断电保压时间为30 min 时,一般集气箱的容积应为吸盘容积量的20 倍以上。真空吸盘工作时,吸盘上的密封条会发生变形,经试验当真空度为80% 时,变形后吸盘腔内的高度为10 mm,据此,可计算出集气箱的容积,并考虑安全系数大于3,确定集气箱的容积。

4、大型盾构管片吊机真空吸盘的结构及安全性

4.1、真空吸盘的结构

  根据混凝土管片的特点,大型盾构管片吊机真空吸盘主要由真空系统、吸盘体及柱塞式接近开关组成,具体结构如图3 所示。真空系统是真空吸盘的核心,主要由各真空元件( 包括真空泵、真空压力表、真空过滤器、真空电磁阀、管路、真空压力传感器、真空单向阀) 连接而成,以获得满足要求的真空度。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)考虑到被吸管片的表面质量,采用旋片式真空泵。柱塞式接近开关是检测管片是否被吸紧的安全保护装置。真空吸盘( 相当于管片吊具) 通过法兰盘与旋转起吊机构相连,再与动力系统一起组成管片吊机。

真空吸盘结构

图3 真空吸盘结构

4.2、大型盾构管片吊机真空吸盘的安全性

  大型盾构管片吊机承担在盾构内的管片转运,作业空间小,运行速度快,因此要求真空吸盘吸吊管片快速、安全可靠。管片吊机由人工通过一个悬挂的操作板操作。设计通过以下几个方面来确保真空吸盘吸吊管片的安全性。

4.2.1、真空单向阀

  作业过程中,防止意外断电工况下,空气回流,真空度下降,吸盘吸力不足,管片脱落。

4.2.2、真空电磁阀

  真空电磁阀除了有换向功能外还需具备断电复位功能,能够确保在意外断电工况下,集气箱( 真空蓄能器) 与吸盘相连通,维持吸盘的真空度。

4.2.3、真空过滤器

  隧道内空气质量比较差,真空过滤器主要过滤空气中灰尘、颗粒及水分,对真空元器件进行保护,增加系统的可靠性,防止误动作,提高安全性。

4.2.4、真空压力传感器

  真空压力传感器,可连续检测吸盘内的真空度,并把压力值传给PLC,通过PLC 实现互锁及报警功能。起吊管片时,当真空度小于80% 时,不允许起吊; 卸载管片时,当真空度大于30% 时,不允许松开管片; 当真空度小于75%时,吊机发出报警。

4.2.5、柱塞式接近开关

  柱塞式接近开关安装在吸盘体上,可以在吸吊管片之前识别在吸盘体下的管片。当吸盘体与管片接触不到位,柱塞式接近开关把开关无信号传给PLC,不允许吸吊管片; 当吸盘体与管片接触到位,相关柱塞式接近开关激活后把信号传给PLC,才允许管片吸吊。

4.2.6、操作板

  操作板上设置双按钮控制释放管片,防止误操作。

4.2.7、保压测试

  真空吸盘在盾构现场验收时,需进行保压测试,吸吊管片后,断电30 min,管片不得脱落。

5、大型盾构管片吊机真空吸盘的操作注意事项

  为了保证设备的安全性,大型盾构管片吊机真空吸盘现场操作时需要注意如下事项:

  (1) 没有经过培训的人员不得操作管片吊机。

  (2) 真空压力传感器不得擅自进行调整。

  (3) 必须配备应急发电机,以便断电时把管片送到安全位置。

  (4) 吸吊前管片内表面必须保持清洁干燥。

  (5) 在吊运管片时,不允许有人员在管片下方停留。

  (6) 每天对密封条的磨损情况进行检查,磨损了及时进行更换。

6、结论

  (1) 混凝土管片作为一种高效可靠的隧道支护材料在盾构施工中得到了广泛使用,盾构内管片转运需要采用专用吊具。

  (2) 大型盾构管片吊机使用真空吸盘吸吊管片技术正在得到推广。

  (3) 大型盾构管片吊机真空吸盘的工作原理适用于各种大型真空吊具的设计。

  (4) 目前盾构上使用的真空吸盘大都是国外进口,价格昂贵,研制盾构用真空吸盘有广阔的市场前景。