一種採用馬達串並聯混合驅動的盾構刀盤液壓系統的製作方法

2023-07-02 00:23:16

專利名稱：一種採用馬達串並聯混合驅動的盾構刀盤液壓系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及流體壓力執行機構，尤其涉及一種採用馬達串並聯混合驅 動的盾構刀盤液壓系統。
背景技術：
盾構掘進機是一種專用於地下隧道開挖工程施工的大型掘進裝備。與傳統的 施工方法相比，盾構法具有施工安全、快速、工程質量高、地面擾動小、勞動 強度低等許多優點。擊於採哥子先進的開挖面穩定技術，盾糊進尤其在各幹 地質條件複雜多變和施工環境惡劣的隧道工程建設中顯出了獨特的優勢。隨著 科技發展和社會進步，盾構掘進將逐步取代傳統方法。
刀盤驅動系統是盾構掘進機的重要組成部分，驅動刀盤轉動切削盾構前方 的土體。刀盤驅動系統是一種典型的大功率、多執行器系統。由於在掘進過程 中地質條件複雜多變，刀盤驅動系統必須滿足從軟土到硬巖各種地層掘進的需 要，轉速變化範圍很大。傳統多馬達並聯繫統的驅動轉速在很大程度上受到液 壓泵排量的限制，調速範圍十分有限。因而，為增強掘進機的地層適應性，刀 盤驅動系統液壓源的設計流量往往須留有很大的裕量，而採用大排量液壓泵系 統在低轉速工況下效率會明顯降低，造成很大的浪費。 發明內容
為了滿足盾構刀盤驅動對複雜地層適應性的要求，本實用新型的目的在於 提供一種採用馬達串並聯混合驅動的盾構刀盤液壓系統。刀盤驅動液壓馬達採 用串聯和並聯混合連接的方式，在低轉速工況下馬達並聯，高轉速工況下馬達 串聯，使得刀盤驅動系統採用較小排量液壓泵供油即能實現不同地質條件掘進 的要求，同時配合馬達和泵的變量控制機構，系統能實現大範圍無級調速。
本實用新型解決技術問題所採用的技術方案是
電機經聯軸器與雙向變量泵剛性連接；雙向變量泵的一端油口分別與第一、 第二、第三、第四、第五和第六二位二通換向閥的進油口相連，雙向變量泵的 另一端油口分別與第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向閥的第一油口 相連；第一、第二、第三、第四、第五和第六二位二通換向閥的出油口分別與 各自的第一、第二、第三、第四、第五和第六液壓馬達的一端油口相連；第一、 第二、第三、第四和第五液壓馬達的另一端油口分別與各自的第一、第二、第
3三、第四和第五二位三通換向閥第二油口相連，第六液壓馬達的另一端油口與 雙向變量泵的另一端油口連接；第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向 閥的第三油口與各自的第二、第三、第四、第五和第六液壓馬達的一端油口相 連；梭閥的兩端進油口分別與變量泵兩端油口連接，梭閥的出油口與壓力傳感 器連接；補油泵的軸與電機連接；補油泵吸油口連接油箱，補油泵的出油口與 溢流閥進油口及第一、第二補油單向閥的進油口相連；溢流閥出油口與油箱連 接；第一、第二補油單向閥的出油口分別與雙向變量泵兩端油口相連；安全閥 進油口與第一、第二限壓單向閥出油口相連，安全闊出油口與溢流閥進油口相 連；第一、第二限壓單向閥進油口分別與雙向變量泵兩端油口相連； 本實用新型具有韻有益效果是r
液壓系統採用閉式迴路，結構簡單，佔用空間小，這對於地下施工的盾構 掘進而言具有一定的實用價值。刀盤驅動液壓馬達可以根據地質條件進行串聯 和並聯連接方式的切換，使系統工況適應各種不同地質條件，從而降低了液壓 動力油源系統的整體規模，更大限度地滿足盾構掘進對刀盤驅動性能的要求。
由於採用了液壓馬達串並聯混合驅動的方式，拓寬了刀盤調速範圍，能夠 有效減小動力油源中液壓泵的排量，且由於閉式系統油源體積小，結構緊湊， 可降低系統成本。

附圖是本實用新型的一個具體實施例的結構原理示意圖。 圖中l.電機，2.雙向變量泵，3.1、 3.2.限壓單向閥，4丄安全閥，4.2.溢流 閥，5.1、 5.2.補油單向閥，6.電機，7.補油泵，8.油箱，9.1、 9.2、 9.3、 9.4、 9.5、 9.6.二位二通換向閥，10.1、 10.2、 10.3、 10.4、 10.5.二位三通換向閥,11.1、 11.2、 11.3、 11.4、 11.5、 11.6.液壓馬達，12.壓力傳感器，13.梭閥，14、 15、 16.1、 16.2、
16.3、 16.4、 16.5、 16.6、 17.1、 17.2、 17.3、 17.4、 17.5、 17.6、 18.1、 18.2、 18.3、
18.4、 18.5、 18.6、 19.1、 19.2、 19.3、 19.4、 19.5、 20.1、 20.2、 20.3、 20.4、 20.5、 21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28、 29、 30、 31、 32、 33為管路。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
如附圖所示，本實用新型中的電機1經聯軸器與雙向變量泵2剛性連接； 雙向變量泵2的一端油口分別經管路16.1、 16.2、 16.3、 16.4、 16.5、 16.6與第 一、第二、第三、第四、第五和第六二位二通換向閥9.1、 9.2、 9.3、 9.4、 9.5、 9.6的進油口相連，雙向變量泵2的另一端油口分別經管路20.1、 20.2、 20.3、
420.4、 20.5與第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向閥10.1、 10.2、 10.3、
10.4、 10.5的第一油口相連；第一、第二、第三、第四、第五和第六二位二通換 向閥9.1、 9.2、 9.3、 9.4、 9.5、 9.6的出油口分別經管路17.1、 17.2、 17.3、 17.4、
17.5、 17.6與各自的第一、第二、第三、第四、第五和第六液壓馬達ll.l、 11.2、
11.3、 11.4、 11.5、 11.6的一端油口相連；第一、第二、第三、第四和第五液壓 馬達ll.l、 11.2、 11.3、 11.4、 11.5的另一端油口分別經管路18.1、 18.2、 18,3、
18.4、 18.5與各自的第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向閥10.1、 10.2、
10.3、 10.4、 10.5第二油口相連，第六液壓馬達11.6的另一端油口經管路18.6 與雙向變量泵2的另一端油口連接；第一、第二、第三、第四和第五二位三通 換向閥IO.I、 10.2、 10.3、 10.4、 10.5的第三油口經19.1、 19.2、 19.3、 19.4、 19.5 與各自的第二、第三、第四、第五和第六液壓馬達11.2、 11.3、 11.4、 11.5、 11.6 的一端油口相連；梭閥13的兩端進油口分別經管路21、 22與變量泵2兩端油 口連接，梭閥13的出油口與壓力傳感器12連接；補油7的軸與電機6連接； 補油泵7吸油口經管路32連接油箱8，補油泵7的出油口經管路31與溢流閥 4.2進油口及經管路28連接的第一、第二補油單向閥5.1、 5.2的進油口相連； 溢流閥4.2出油口經管路33與油箱8連接；第一、第二補油單向閥5.1、 5.2的 出油口分別經管路27、 29與雙向變量泵2兩端油口相連；安全閥4.1進油口經 管路26與經管路24連接的第一、第二限壓單向閥3.1、 3.2出油口相連，安全 閥4.1出油口經管路30與溢流閥4.2進油口相連；第一、第二限壓單向閥3.1、 3.2進油口分別經管路23、 25與雙向變量泵2兩端油口相連；
本實用新型的工作原理如下
電機1得電啟動，驅動雙向變量泵2轉動，調節變量機構，使變量泵2從 回油管14中吸油，變量泵2打出的壓力油通過管路15送到管路16.1、 16.2、 16.3、
16.4、 16.5、 16.6、 21。
當盾構在軟質地層中掘進時，其刀盤驅動的典型工況為低速大扭矩。此時， 二位二通換向閥9.1、 9.2、 9.3、 9.4、 9.5、 9.6的電磁鐵得電，二位三通換向閥 10.1、 10.2、 10.3、 10.4、 10.5的電磁鐵斷電，管路16.1、 16.2、 16.3、 16.4、 16.5、 16.6中的高壓油分別經過二位二通換向閥9.1、 9.2、 9.3、 9.4、 9.5、 9.6，管路 17.1、 17.2、 17.3、 17.4、 17.5、 17.6，液壓馬達11.1、 11.2、 11.3、 11.4、 11.5、 11,6，管路20.1、 20.2、 20.3、 20.4、 20.5、 18.6匯集到回油管路14。由於各驅 動液壓馬達並連連接，在泵輸出流量一定的情況下，進入每個液壓馬達的流量 之和等於泵輸出流量，每個液壓馬達兩端的壓差為系統工作壓力，適合低轉速大扭矩工況。
當盾構在硬質地層中掘進時，其刀盤驅動的典型工況為高速小扭矩。此時，
二位二通換向閥9.1的電磁鐵得電，二位二通換向閥9.2、 9.3、 9.4、 9.5、 9.6的 電磁鐵斷電，二位三通換向閥10.1、 10.2、 10.3、 10.4、 10.5的電磁鐵得電，管 路15中的高壓油經管路16.1、 二位二通換向閥9.1、管路17.1、液壓馬達ll.l、 管路18.1、 二位三通換向閥10.1、管路19.1、液壓馬達11.2、管路18.2、 二位 三通換向閥10.2、管路19.2、液壓馬達11.3、管路18.3、 二位三通換向閥10.3、 管路19.3、液壓馬達11.4、管路18.4、 二位三通換向閥10.4、管路19.4、液壓 馬達11.5、管路18.5、 二位三通換向閥10.5、管路19.5、液壓馬達11.6、管路 18.6流回到管路14。由於各驅動液壓馬達串連連接，在泵輸出流量一定的情況 下，進入每個液壓馬達的流量等於泵輸出流量，各個液壓馬達兩端的壓差之和 等於系統工作壓力，適合高轉速小扭矩工況。
當雙向變量泵2的兩端油口互換時，管路15變為回油管，管路14變為高 壓油管，各油路中液壓油的流動方向與上述情況相反，此時液壓馬達在並聯或 串聯方式下實現反向旋轉，其工作原理與前述情況相同
單向閥3.1、 3.2與安全閥4.1組成限壓迴路，當管路15為壓油管時，管路 15中的液壓油經管路23、單向閥3.1、管路26流至安全閥4.1進油口，當系統 壓力超過安全閥設定壓力時，安全閥4.1打開，管路26中的一部分液壓油流到 補油管路30中，系統實現卸壓。當管路14為壓油管時，管路14中的液壓油經 管路25、單向閥3.2、管路24流至安全閥4.1進油口，實現限壓保護。
電機6驅動補油泵7從油箱8吸油，壓力油經過管路31至管路30、溢流閥 4.2進油口。當管路14為回油管路時，管路30中的液壓油壓力高於管路14中 液壓油壓力，管路30中的液壓油經單向閥5.2流進管路14進行補油。當管路 15為回油管路時，管路30中的液壓油壓力高於管路15中液壓油壓力，管路30 中的液壓油經單向閥5.1流進管路15進行補油。系統的補油壓力由溢流閥4.2 設定，補油系統多餘流量經溢流閥4.2、管路33流回油箱。
壓力傳感器12在梭閥13的作用下能夠始終檢測到液壓系統中高壓腔的壓 力，此信號可實時反饋給控制系統，調節雙向變量泵2的變量機構，改變泵的 排量，構成負載敏感系統，使系統更加節能。
由於本系統所採用的泵和馬達排量均可變，因此不僅可以通過改變馬達的 連接方式實現盾構刀盤在不同工況下高低轉速的切換，而且在每一種連接方式 下，通過調節變量泵和變量馬達的排量調節機構，可以實現高速工況和低速工況下的無級調速。
上述具體實施方式
用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限 制，在本實用新型的精神和權利要求的保護範圍內，對本實用新型作出的任何 修改和改變，都落入本實用新型的保護範圍。
權利要求1、一種採用馬達串並聯混合驅動的盾構刀盤液壓系統，其特徵在於電機(1)經聯軸器與雙向變量泵(2)剛性連接；雙向變量泵(2)的一端油口分別與第一、第二、第三、第四、第五和第六二位二通換向閥(9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6)的進油口相連，雙向變量泵(2)的另一端油口分別與第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向閥(10.1、10.2、10.3、10.4、10.5)的第一油口相連；第一、第二、第三、第四、第五和第六二位二通換向閥(9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6)的出油口分別與各自的第一、第二、第三、第四、第五和第六液壓馬達(11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6)的一端油口相連；第一、第二、第三、第四和第五液壓馬達(11.1、11.2、11.3、11.4、11.5)的另一端油口分別與各自的第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向閥(10.1、10.2、10.3、10.4、10.5)第二油口相連，第六液壓馬達(11.6)的另一端油口與雙向變量泵(2)的另一端油口連接；第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向閥(10.1、10.2、10.3、10.4、10.5)的第三油口與各自的第二、第三、第四、第五和第六液壓馬達(11.2、11.3、11.4、11.5、11.6)的一端油口相連；梭閥(13)的兩端進油口分別與變量泵(2)兩端油口連接，梭閥(13)的出油口與壓力傳感器(12)連接；補油泵(7)的軸與電機(6)連接；補油泵(7)吸油口連接油箱(8)，補油泵(7)的出油口與溢流閥(4.2)進油口及第一、第二補油單向閥(5.1、5.2)的進油口相連；溢流閥(4.2)出油口與油箱(8)連接；第一、第二補油單向閥(5.1、5.2)的出油口分別與雙向變量泵(2)兩端油口相連；安全閥(4.1)進油口與第一、第二限壓單向閥(3.1、3.2)出油口相連，安全閥(4.1)出油口與溢流閥(4.2)進油口相連；第一、第二限壓單向閥(3.1、3.2)進油口分別與雙向變量泵(2)兩端油口相連。
專利摘要本實用新型公開了一種採用馬達串並聯混合驅動的盾構刀盤液壓系統。包括電機、雙向變量泵、二位三通換向閥、二位二通換向閥、變量馬達、溢流閥、單向閥和補油泵。該系統中驅動盾構刀盤的各液壓馬達之間的連接可實現並聯和串聯方式的相互切換，從而使刀盤更好地適應不同地質條件掘進工況的需要。由於串聯方式下流入各液壓馬達的流量均為泵的輸出流量，刀盤轉速的調速範圍得到了大幅提高。本實用新型中的盾構刀盤驅動液壓系統由於採用了液壓馬達串並聯混合驅動的方式，拓寬了刀盤調速範圍，能夠有效減小動力油源中液壓泵的排量，且由於閉式系統油源體積小，結構緊湊，可降低系統成本。
文檔編號F15B13/00GK201288568SQ20082016791
公開日2009年8月12日 申請日期2008年11月11日 優先權日2008年11月11日
發明者峰 劉, 虎 施, 楊華勇, 龔國芳 申請人:浙江大學