一种改良的盾构主驱动HBW油脂注入装置及其控制方法技术领域
本发明涉及盾构机技术领域，特别涉及一种改良的盾构主驱动HBW油脂注入装置
及其控制方法。
背景技术
盾构机常用于地铁隧道、海底隧道、公路隧道等的掘进，是一种自动化程度高、节
省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降和在地下开挖时不
影响地面交通的隧洞施工机械。
盾构机的基本工作原理就是通过最前方的盾体沿隧洞轴线边向前推进边对土壤
进行挖掘，而盾体的前方安装有转盘，转盘上布满耐磨刀具，通过刀盘的旋转和挤压来破
碎、切屑地下的泥土、砂石和石块等，其中盾壳的转动通过主驱动带动。
目前，在盾构机掘进施工过程中，主驱动性能的好坏直接影响盾构掘进效率，主驱
动损坏更会导致盾构无法掘进，带来严重后果，主驱动的损坏通常由密封损坏造成的，大量
的泥水通过损坏的密封圈进入主驱动内部，从而直接导致大齿轮圈、小齿轮、轴承等部件的
磨损，导致主驱动部件的损坏。因此，在掘进过程中主驱动密封系统是保护好主驱动的关键
技术，而传统的流量控制的密封系统是通过大量的排出HBW油脂的方法，将泥沙堵在密封之
外达到保护主驱动的效果。
现有主驱动密封的结构示意图如图1所示，在主驱动转壳和盾壳之间从内到外依
次安装多级密封，其中主驱动的第一道唇形密封圈处具有HBW油脂腔，HBW油脂与渣土直接
接触，HBW油脂腔均布多个油脂注入口（图中仅显示一个），利用不断挤出的HBW油脂将渣土
挡在主驱动外。为保证HBW的密封效果，国内注入HBW油脂通常采用流量控制方法，即不管刀
盘处土仓的压力如何，挤出的油脂量均相等，该方法无法根据地质的实际情况精确输出，因
此导致油脂浪费较大。同时在HBW油脂腔外结泥饼的情况下，HBW油脂腔的出口堵塞，油脂无
法及时排出，导致密封压力过大，从而导致油脂回流，密封侧翻，存在较大安全隐患。
鉴于此，本发明人为此研制出一种改良的盾构主驱动HBW油脂注入装置及其控制
方法，有效的解决了上述问题，本案由此产生。
发明内容
本发明提供的一种改良的盾构主驱动HBW油脂注入装置及其控制方法，根据土仓
内的压力来改变HBW油脂注入的压力，从而精确的控制HBW油脂的注入量，以减少HBW油脂的
消耗量、降低施工成本。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种改良的盾构主驱动HBW油脂注入装置，包括
土仓压力传感器，具有多个，均布安装于盾壳和主驱动壳体的前方，用于检测土仓内的
土压；
油脂腔压力传感器，具有多个，分别对应安装于每一个油脂注入口处的HBW油脂腔内，
用于检测HBW油脂腔内的HBW油脂压力；
气动油脂泵，用于向每一个油脂注入口泵送HBW油脂；
电动球阀，安装于气动油脂泵的出口处，用于控制气动油脂泵前方油脂通道的通断；
控制器，分别与土仓压力传感器、油脂腔压力传感器、电动球阀和气动油脂泵信号连
接，控制器用于根据接收的土压信号和HBW油脂压力信号来控制气动油脂泵工作；控制器检
测到所述土压和所述HBW油脂压力的差值大于等于允许的预设定最大差值时，控制电动球
阀打开并控制气动油脂泵工作泵送HBW油脂，直至所述土压和所述HBW油脂压力的差值小于
等于允许的预设定最小差值时停止。
所述控制器还和盾构机的刀盘喷水系统信号连接，控制器检测到所述HBW油脂压
力大于等于预设定的泥饼判断值时，控制刀盘喷水系统工作。
还包括报警器，安装于盾构机驾驶室内，并和控制器信号连接，控制器检测到所述
HBW油脂压力大于等于预设定的泥饼判断值时，控制报警器报警。
所述控制器和盾构机的主驱动信号连接，控制器检测到所述HBW油脂压力大于等
于设定的管路堵塞判断值时，控制气动油脂泵和电动球阀停止工作，同时控制主驱动停止
工作。
还包括报警器，安装于盾构机驾驶室内，并和控制器信号连接，控制器检测到所述
HBW油脂压力大于等于预设定的管路堵塞判断值时，控制报警器报警。
所述预设定最大差值和预设定最小差值分别为HBW油脂腔内唇形密封圈的最大安
全值和最小安全值。
一种改良的盾构主驱动HBW油脂注入装置的控制方法，控制步骤为：
S1控制器控制电动球阀开启，并控制气动油脂泵工作；
S2启动盾构机主驱动；
S3实时检测土仓内的土压和HBW油脂腔内的HBW油脂压力T；
S4控制器计算土压和HBW油脂压力T的压力差∆t；
当∆t大于等于预设定最大差值时，控制器控制电动球阀开启并控制气动油脂泵工作，
并回到S3；
当∆t小于等于预设定最小差值时，控制器控制电动球阀关闭并控制气动油脂泵停止
工作，并回到S3；
当∆t处于预设定最小差值和预设定最大差值之间时，控制器控制电动球阀和气动油
脂泵保持当前工作状态不变，并回到S3。
所述预设定最大差值和预设定最小差值分别为HBW油脂腔内的唇形密封圈的最大
安全值t1和最小安全值t2。
所述步骤S3中，设泥饼判断值为T1，设管路堵塞判断值为T2；
当T＜T1时，执行后续步骤S4；
当T1≤T＜T2时，控制器控制刀盘喷水系统工作冲刷掉泥饼，并控制报警器报警，执行
后续步骤S4；
当T2≤T时，控制器控制电动球阀关闭，控制气动油脂泵和主驱动停止工作，并控制报
警器报警。
采用上述方案后，本发明通过油脂腔压力传感器检测HBW油脂腔内的HBW油脂压
力，并通过控制器将该检测到的所有HBW油脂压力与土仓内的土压进行比较，当土压和HBW
油脂压力的差值大于允许的预设定差值时，使电动球阀打开并控制气动油脂泵泵送油脂。
其中电动球阀的作用在于，在气动油脂泵不泵送时，电动球阀关闭以防止HBW油脂回流。
相比于现有定流量的控制方式，本发明HBW油脂泵送的量可根据土仓压力和HBW油
脂腔内HBW油脂压力进行自动调节，从而精确的控制HBW油脂的注入量，减少HBW油脂的消耗
量、降低施工成本。
还提供的一种改良的盾构主驱动HBW油脂注入装置的控制方法，除上述效果外，还
先控制电动球阀开启并控制气动油脂泵工作，然后再开启主驱动，防止主驱动开启后土仓
内土压升高，而使HBW油脂倒流。
附图说明
图1是本实施例装置的结构示意图；
图2是本实施例装置的控制过程图。
标号说明
土仓压力传感器1，油脂腔压力传感器2，气动油脂泵3，电动球阀4，控制器5，油脂注入
口6，HBW油脂腔7，刀盘喷水系统8，报警器9，主驱动10。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐
述。
如图1所示，是本发明揭示的一种改良的盾构主驱动10HBW油脂注入装置包括多个
土仓压力传感器1、多个油脂腔压力传感器2、气动油脂泵3、电动球阀4和控制器5。
多个土仓压力传感器1，均布安装于盾壳和主驱动10壳体的前方，用于检测土仓内
的土压。多个油脂腔压力传感器2，分别对应安装于每一个油脂注入口6处的HBW油脂腔7内，
用于检测HBW油脂腔7内的HBW油脂压力。气动油脂泵3用于向每一个油脂注入口6泵送HBW油
脂，电动球阀4则安装于气动油脂泵3的出口处，用于控制气动油脂泵3前方油脂通道的通
断。
控制器5则分别与土仓压力传感器1、油脂腔压力传感器2、电动球阀4和气动油脂
泵3信号连接，控制器5用于根据接收的上述土压信号和上述HBW油脂压力信号来控制气动
油脂泵3工作。控制器5检测到土仓内的土压和HBW油脂压力的差值大于允许的预设定最大
差值时，控制电动球阀4打开并控制气动油脂泵3工作泵送HBW油脂，直至上述土仓内的土压
和上述HBW油脂压力的差值小于允许的预设定最小差值时停止。其中预设定最大差值和预
设定最小差值分别为HBW油脂腔7内唇形密封圈的最大安全值t1和最小安全值t2。
控制器5还和盾构机的刀盘喷水系统8信号连接，控制器5检测到上述HBW油脂压力
大于等于预设定的泥饼判断值时，假设根据地质条件确定，泥饼判断值为80bar，HBW油脂压
力为T，那么T≥80bar时，则判断HBW油脂腔7外结泥饼，控制刀盘喷水系统8工作，冲刷掉泥
饼。控制器5还和盾构机驾驶室内的报警器9信号连接，当T≥80bar时，还控制报警器9报警。
控制器5还和盾构机的主驱动10信号连接，控制器5检测到上述HBW油脂压力T大于
等于设定的管路堵塞判断值时，比如管路堵塞判断值为120bar，那么当T≥120bar时，则判
断管路堵塞无法工作，需进行检修，此时控制器5控制气动油脂泵3和电动球阀4停止工作，
同时控制主驱动10停止工作，并且控制报警器9报警。
再结合图2所示，上述一种改良的盾构主驱动10HBW油脂注入装置的控制方法，具
体的控制步骤为：
S1控制器5控制电动球阀4开启，并控制气动油脂泵3工作。
S2启动盾构机主驱动10。
S3实时检测土仓内的土压和HBW油脂腔7内的HBW油脂压力T；其中泥饼判断值为T1
=80bar，管路堵塞判断值为T2=120bar，具体值根据盾构自身和地质参数确定；
当T＜T1时，继续步骤S4；
当T1≤T＜T2时，判断为HBW油脂腔7外结泥饼，控制器5控制刀盘喷水系统8工作冲刷掉
泥饼，并控制报警器9报警，并继续步骤S4；
当T2≤T时，则判断管路堵塞无法工作，需进行检修，控制器5控制电动球阀4关闭，控制
气动油脂泵3和主驱动10停止工作，并控制报警器9报警。
S4控制器5计算土压和HBW油脂压力T的压力差∆t；
当∆t≥预设定最大差值t1时，控制器5控制电动球阀4开启并控制气动油脂泵3工作，
并回到步骤S3；
当∆t≤预设定最小差值t2时，控制器5控制电动球阀4关闭并控制气动油脂泵3停止工
作，并回到步骤S3；
当∆t处于预设定最小差值t2和预设定最大差值t1之间时，控制器5控制电动球阀4和
气动油脂泵3保持当前工作状态不变，并回到步骤S3。
本实施例除能够精确的控制HBW油脂的注入量外，还通过先控制电动球阀4开启和
控制气动油脂泵3工作，然后再开启主驱动10，防止主驱动10开启后土仓内土压升高，而使
HBW油脂倒流。
还能够检测HBW油脂腔7外是否结泥饼，并结合刀盘喷水系统8来清楚泥饼。还能检
测管路是否堵塞（管路堵塞包括泥饼没被冲洗掉造成，和管路本身故障造成的管路不通），
而盾构机在HBW油脂注入装置无法正常工作的情况下是不允许工作的，通过增加管路是否
堵塞的检测功能，对盾构机起到安全保护的作用。
以上仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设
计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。