Bombas de desplazamiento variable de pistón axial Rexroth A4VSG en sistemas hidráulicos TBM: soluciones de aplicación innovadoras

1. Introducción: Requisitos básicos de los sistemas hidráulicos de la TBM

En la construcción moderna de túneles, las máquinas de perforación de túneles (TBM, por sus siglas en inglés) sirven como equipo crítico cuyo rendimiento determina directamente la eficiencia y la calidad del proyecto.funcionando como el "corazón" de un TBM, potencia las funciones básicas incluyendo el empuje, el accionamiento de la cabeza cortadora y la erección del segmento.Las bombas de desplazamiento variable de pistón axial de la serie Rexroth A4VSG se han convertido en la fuente de energía hidráulica preferida por los fabricantes mundiales de TBM debido a su excelente rendimiento y fiabilidad.

Desde su desarrollo a mediados del siglo XX, la tecnología de bombas de pistón axial se ha convertido en un componente clave irremplazable en los sistemas hidráulicos de alta presión.En comparación con las bombas de engranajes tradicionales y las bombas de paletas, las bombas de desplazamiento variable de pistón axial ofrecen ventajas significativas, entre ellas una alta presión de trabajo, una eficiencia volumétrica,Las aplicaciones de las máquinas de triturador de triturador de triturador de triturador de triturador de triturador de triturador de triturador.

2Características técnicas de las bombas de desplazamiento variable de pistón axial Rexroth A4VSG

2.1 Concepto de diseño innovador

La serie Rexroth A4VSG cuenta con un diseño de desplazamiento variable de pistón axial de tipo swashplate que logra un ajuste de desplazamiento sin pasos cambiando el ángulo de la swashplate.Este diseño permite a la bomba ajustar automáticamente el flujo de salida de acuerdo con las demandas del sistema manteniendo una velocidad de rotación constantePara equipos como los TBM con cargas muy variables, el uso de un sistema de control de velocidad (TBM) es muy importante.Esta característica de las bombas de desplazamiento variable de pistón axial mejora significativamente la eficiencia de utilización de la energía.

2.2 Parámetros clave de rendimiento

· Intervalo de presión de trabajo: Máximo de 400 bares, funcionamiento continuo a 350 bares, satisfaciendo los requisitos hidráulicos de alta presión de los MTC

· Rango de desplazamiento: 28-1000 ml/rev, para cubrir las necesidades de potencia de las distintas especificaciones de los TBM

· Eficiencia volumétrica: Hasta el 98%, minimizando las pérdidas de energía

· Control del ruido: El diseño optimizado del pistón y de la zapatilla mantiene el ruido operativo por debajo de 80 dB

2.3 Diseño para mejorar la fiabilidad

Para abordar la necesidad de funcionamiento continuo en los TBM, la bomba de pistón axial A4VSG incorpora múltiples tecnologías para mejorar la confiabilidad:

· Carcasa de hierro fundido nodular de alta resistencia con excelente resistencia al impacto y a las vibraciones

· Pistones cromados duros y perforación del cilindro especialmente tratada para una resistencia superior al desgaste

· Disposición de rodamientos optimizada que prolonga la vida útil

• Interfaces integradas de sensores de temperatura y presión para el seguimiento de la condición

3. Arquitectura del sistema hidráulico TBM y posicionamiento de aplicaciones A4VSG

3.1 Composición típica del sistema hidráulico de la TBM

Los sistemas hidráulicos modernos de TBM consisten típicamente en los siguientes subsistemas:

· Sistema de empuje principal: Proporciona potencia de propulsión hacia adelante

· Sistema de accionamiento de la cabeza de corte: Alimenta la rueda de corte giratoria

· Sistema de montaje de segmentos: controla con precisión los manipuladores de instalación de segmentos

· Sistemas auxiliares: Incluye las funciones de colada, transporte de barro y otras funciones de apoyo

Entre estos subsistemas, las bombas de desplazamiento variable de pistón axial sirven principalmente a los sistemas de empuje principal y de accionamiento de cabeza de corte que tienen las mayores demandas de potencia.

3.2 Soluciones típicas de configuración A4VSG para los TBM

Las soluciones de configuración para las bombas de pistón axial A4VSG varían según el diámetro del TBM y las condiciones geológicas:

- ¿ Qué?Solución TBM de diámetro pequeño/mediano (menos de φ6 m)- ¿ Por qué?

· Sistema de empuje principal: bombas de pistón axial 2×A4VSG 250 con control de detección de carga

· Motor de cabeza de corte: bomba de pistón axial 1 × A4VSG 500 con control de potencia constante

· Potencia total: aproximadamente 500-800 kW

- ¿ Qué?Solución TBM de gran diámetro (superior a φ6 m)- ¿ Por qué?

· Sistema de empuje principal: bombas de pistón axial 4×A4VSG 355 con control de presión en zona

· Motor de cabeza de corte: 2 × A4VSG 750 bombas de pistón axial con frecuencia variable + control de compuesto de potencia constante

· Potencia total: 1200-2000 kW

4Ventajas técnicas clave de las bombas de pistón axial A4VSG en los TBM

4.1 Control preciso de la fuerza de empuje

La propulsión de la TBM requiere un ajuste en tiempo real de la fuerza de empuje y la velocidad de acuerdo con las condiciones geológicas.Las bombas de pistón axial A4VSG equipadas con control electrónico de la proporción (control HD) o control de detección de carga (control DA) permiten:

· Precisión de velocidad de propulsión de 0,1 mm/s

· Ajuste independiente de la presión para grupos de cilindros múltiples

· Corrección automática de desviación para mantener la precisión del eje de túnel

4.2 Combinación eficiente de la potencia

Los sistemas tradicionales de bomba de desplazamiento fijo desperdician una energía significativa durante el funcionamiento de la TBM con baja carga.Las bombas de desplazamiento variable de pistón axial A4VSG logran mediante control de potencia constante o control de detección de carga:

· Ahorro de energía superior al 30%

· Aumento reducido de la temperatura del aceite hidráulico, prolongando la vida útil del fluido

· Reducción de la carga del sistema de refrigeración

4.3 Adaptabilidad a una geología compleja

Para diferentes condiciones geológicas (suelo blando, grava, roca, etc.), las bombas de pistón axial A4VSG pueden ajustar rápidamente los parámetros de funcionamiento:

· Estrato de suelo blando: Baja presión, modo de flujo alto

· Estrato de roca dura: alta presión, bajo caudal

· Estrato mixto: cambio automático de modo

5Tecnología de control inteligente para A4VSGPampas de pistón axial

5.1 Integración del sistema de control electrónico

Las modernas bombas de pistón axial A4VSG pueden integrar múltiples opciones de control electrónico:

· Control del solenoide proporcional: Permite un ajuste preciso del desplazamiento

· Interfaz del bus CAN: Conexión perfecta con el sistema de control principal del TBM

· Interfaz de seguimiento de la condición: Retroalimentación en tiempo real de los parámetros de funcionamiento de la bomba

5.2 Funciones inteligentes de diagnóstico de fallas

Al controlar los parámetros clave de las bombas de pistón axial, se pueden lograr alertas tempranas de fallas:

· Los sensores de vibración detectan el estado del rodamiento

· El análisis de pulsaciones de presión identifica el desgaste del pistón

· El monitoreo de la temperatura predice la vida útil de las focas

5.3 Aplicación de la tecnología digital gemela

La comparación de los datos operativos de la bomba de pistón axial A4VSG con los modelos digitales permite:

· Pronóstico de la tendencia a la degradación del rendimiento

· Evaluación de la vida residual

· Determinación del tiempo de mantenimiento óptimo

6Casos típicos de aplicaciones de ingeniería

6.1 Caso 1: Proyecto de túnel de metro urbano

Parámetros del proyecto:

· Diámetro del TBM: 6,28 m

· longitud del túnel: 3,2 km

· Condiciones geológicas: alternancia de las capas de suelo blando y grava

Configuración del sistema hidráulico:

· Empuje principal: bombas de pistón axial 3×A4VSG 355

· Acción de la cabeza de corte: 2 × A4VSG 500 bombas de pistón axial

Resultados de la operación:

· La tasa promedio de anticipos alcanzó los 12 m/día

· Cero fallas del sistema hidráulico

· 28% de ahorro energético en comparación con los sistemas convencionales

6.2 Caso 2: Proyecto de túnel fluvial

Desafíos del proyecto:

· Alta presión del agua (0,6 MPa)

· Construcción de túneles de larga distancia (5,8 km)

· Geología compleja (suelos blandos, zonas de fracturas rocosas)

Solución:

· Diseño redundante con bombas de pistón axial A4VSG

· Configuración inteligente del sistema de compensación de presión

· Implementación del monitoreo remoto de las condiciones

Logros del proyecto:

· Estableció un récord mensual de adelanto de 456 metros

· La fiabilidad del sistema hidráulico alcanzó el 99,98%

· Recibió el premio a la innovación tecnológica del propietario

7Guía de mantenimiento y solución de problemas

7.1 Puntos de mantenimiento de rutina

Para garantizar un rendimiento óptimo de la bomba de pistón axial A4VSG en aplicaciones de TBM:

· Compruebe la limpieza del líquido cada 500 horas (ISO 4406 18/16/13)

· Inspeccionar el filtro de succión de la bomba cada 1000 horas

· Prueba de la eficiencia volumétrica de la bomba cada 2000 horas

· Compruebe regularmente la alineación del acoplamiento y la vibración de la tubería

7.2 Solución común de problemas

- ¿ Qué?Cuestión 1: Flujo de producción insuficiente- ¿ Qué?
Causas posibles:

· Mecanismo de ajuste de la placa de protección

· Presión de control insuficiente

· Desgaste del pistón

Soluciones:

· Compruebe la presión del circuito de control

· Prueba de la libertad de movimiento de la placa de espada

· Medir el espacio libre entre el pistón y el bloque del cilindro

- ¿ Qué?Cuestión 2: Ruido anormal- ¿ Qué?
Causas posibles:

· Cavitación debido a una succión insuficiente

· Daños de soporte

· Desgaste de las zapatillas de pistón

Soluciones:

· Inspeccionar el filtro de succión

· Espectro de vibración del monitor

· Desmontar para examinar los pares de fricción críticos

8Tendencias de desarrollo futuro y Perspectivas tecnológicas

8.1 Direcciones de desarrollo de la tecnología de las bombas de pistón axiales

· Prescripciones de presión más altas: Objetivo de funcionamiento continuo de 450 bares

· Control adaptativo inteligente: Optimización de parámetros de autoaprendizaje basada en las condiciones de funcionamiento

· Aplicaciones de nuevos materiales: pistones de cerámica, rodamientos compuestos, etc.

· Diseños más compactos: 30% más de densidad de potencia

8.2 Innovaciones en el sistema hidráulico de la TBM

· Sistemas de energía híbrida: Combinación de bombas de pistón axial y motores eléctricos de cilindros

· Tecnología de recuperación de energía: Uso del A4VSG en modo motor para recuperar la energía de frenado

· Sistemas electro-hidráulicos completos: Eliminación de la hidráulica piloto con control electrónico completo

9Conclusión

La bomba de desplazamiento variable de pistón axial Rexroth A4VSG se ha convertido en el componente de potencia central en los sistemas hidráulicos modernos de TBM debido a su eficiencia de alta presión, control inteligente,y durabilidad fiableA través de un diseño optimizado y aplicaciones de tecnología de control inteligente,El A4VSG no solo cumple con los estrictos requisitos operativos de la TBM, sino que también demuestra un rendimiento excepcional en conservación de energía y mantenimiento inteligente..

A medida que la construcción de túneles progresa hacia proyectos más profundos, más largos y geológicamente más complejos,La tecnología de la bomba de pistón axial continuará innovando para proporcionar a los TBM soluciones de potencia más potentes e inteligentesComo líder mundial en tecnología hidráulica, Rexroth sigue comprometida con el avance del desarrollo de bombas de pistón axial, impulsando los sistemas hidráulicos TBM hacia una mayor eficiencia, inteligencia,y sostenibilidad ambiental.