一種採用分區控制的節能型盾構推進液壓系統的製作方法

2023-04-25 22:22:21 2

專利名稱：一種採用分區控制的節能型盾構推進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，尤其涉及一種採用分區控制的節能型 盾構推進液壓系統。
背景技術：
盾構掘進機是一種專用於地下隧道工程施工的現代化高科技掘進裝備，它集 機、電、液、控等技術為一體，實現了隧道開挖的機械化、自動化。與傳統的 施工方法相比，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。隨著科技發展和社會進步，盾構掘進將逐步取代傳統方法。
盾構掘進機的推進系統為盾構前進提供推動力，承擔著盾構掘進的核心任 務。推進工作通常由沿盾構周向分布的一定數量液壓缸的協調頂伸動作來完成。 推進系統的控制不僅直接關係到對隧道施工正確性和完整性起決定作用的盾構 掘進姿態控制，而且對地下工程施工中一個最為關鍵的控制對象即地表變形也 產生極大的影響。掘進施工土質地層及其水土壓力的複雜多變性，以及盾構前 方存在的種種不可預見因素，對推進系統的輸出推力和速度提出了更高的控制 要求。因此，推進液壓系統的壓力和流量必須實時連續可調，確保合理的推進 力和推進速度，以配合其它執行機構維持掘進過程中水土壓力平衡。
盾構推進是一種典型的大功率、大負載工況。推進系統的裝機功率很大， 能耗很高。為了降低控制成本、減小控制複雜性，通常推進系統將沿盾構周向 分布的眾多液壓缸實施分區，採用液壓閥實現控制目標。在採用統一油源加分 組閥控的液壓系統中，由於盾構斷面上不同位置所承受的負載不同(特別是在 糾偏和曲線掘進時)導致各分區液壓缸必須從油源獲得各自所需壓力油，而油 源卻始終以最高壓力分區的工作壓力向系統供油，使得工作壓力較低的分區與 油源之間產生了很大的能量損失，最終造成系統整體效率降低，不僅浪費了能 量、影響了設備壽命，而且惡化了施工環境，帶來諸多不利因素。因此如何在 確保推進系統正確高效完成掘進任務的情況下實現推進液壓系統的節能控制是 盾構掘進中的一個關鍵技術問題。 發明內容
為了克服背景技術中盾構施工過程中存在的問題兼顧滿足盾構施工的要 求，本實用新型的目的在於提供一種採用分區控制的節能型盾構推進液壓系統，
3既可以實現推進力和速度的實時連續控制，又可以大大降低能量損失，同時也 增加了推進系統協調控制的靈活性。
本實用新型解決技術問題所採用的技術方案是
在每個分區中，電機與變量泵剛性連接，變量泵的吸油口 S與油箱連通， 變量泵的出油口P分別與安全閥的進油口P5、比例節流閥的進油口P7、 二位二 通換向閥的油口 A6和變量缸油口 A3連通；變量缸油口 B3與二位三通比例換 向閥油口 P4連通；二位三通比例換向閥油口 A4分別與比例節流閥油口 T7和二 位二通換向閥的油口 A6連通，二位三通比例換向閥油口 T4與油箱連通；比例 節流閥的油口 T7和比例溢流閥的進油口 P8與進油管連通，比例溢流閥的出油 口T8與油箱連通；在進油管和回油管中並聯多組結構相同的執行部件；現將其 中一組的執行部件結構說明如下單向閥的進油口 P9與三位四通換向閥油口 T10連通，單向閥的出油口 T9與回油管14連通；三位四通換向閥的油口 P10 與進油管連通，三位四通換向閥的油口 A10與第一液壓缸的進油口 Pll和第二 液壓缸的進油口 P12連通，三位四通換向閥的油口 B10與第一液壓缸的回油口 Tll和第二液壓缸的回油口 T12連通；回油管與油箱連通。
本實用新型與背景技術相比，具有的有益效果是
1) 推進系統各分區採用單獨油源，可以用小排量泵代替傳統推進系統中的 大排量泵，這一點特別是在大型盾構掘進設備中具有明顯的優勢。
2) 推進系統各區既可獨立控制，又能協調控制，增加了系統的靈活性。
3) 採用負載壓力自適應之後，各區液壓油源只輸出與本區工作壓力相適應 的壓力油，系統更加節能。
4) 推進系統可以實現平均分區，克服了傳統不均勻分區給系統控制帶來的 不便。


圖1是本實用新型系統的單區原理圖。
圖2是採用本實用新型中所述系統的盾構推進液壓缸分區示意圖。
圖中l.電機，2.變量泵，3.變量缸，4.二位三通比例換向閥，5.安全閥，6. 二位二通換向閥，7.比例節流閥，8.比例溢流閥，9.單向閥，IO.三位四通換向閥， ll.液壓缸，12.液壓缸，13.進油管，14.回油管。
具體實施方式

以下結合附圖1和實施例對本實用新型作進一步說明。
如圖1所示，本實用新型包括在每個分區中，電機1與變量泵2剛性連接，變量泵2的吸油口 S與油箱連通，變量泵2的出油口 P分別與安全閥5的進油 口P5、比例節流閥7的進油口P7、 二位二通換向閥6的油口 A6和變量缸3油 口 A3連通；變量缸3油口 B3與二位三通比例換向閥4油口 P4連通；二位三 通比例換向閥4油口 A4分別與比例節流閥7油口 T7和二位二通換向閥6的油 口A6連通，二位三通比例換向閥4油口 T4與油箱連通；比例節流閥7的油口 T7和比例溢流閥8的進油口 P8與進油管13連通，比例溢流閥8的出油口 T8 與油箱連通；在進油管13和回油管14中並聯多組結構相同的執行部件；現將 其中一組的執行部件結構說明如下單向閥9的進油口 P9與三位四通換向闊10 油口T10連通，單向閥9的出油口T9與回油管14連通；三位四通換向閥10的 油口 P10與進油管13連通，三位四通換向閥10的油口 A10與第一液壓缸11的 進油口 Pll和第二液壓缸12的進油口 P12連通，三位四通換向閥10的油口 B10 與第一液壓缸ll的回油口T11和第二液壓缸12的回油口T12連通；回油管14 與油箱連通。
所述分區為3 5，各區均勻分布，本實用新型中分區為4。 本實用新型的工作原理如下
電機l得電啟動，驅動變量泵2轉動，變量泵2通過吸油口 S從油箱中吸 油，變量泵2打出的壓力油通過出油口P分別進入比例節流閥的油口P7、 二位 二通換向閥6的油口 P6、變量缸3油口 A3以及安全閥5的進油口 P5。
盾構向前推進時，二位二通換向閥6的電磁鐵失電，在彈簧作用下，二位 二通換向閥6關閉，泵出口壓力油從比例節流閥7油口P7流進，從比例節流閥 7油口T7流出，流向進油管13、 二位二通換向閥6油口 A6、 二位三通比例方 向閥4油口A4、比例溢流閥8進油口P8。 二位三通比例方向閥4電磁鐵失電， 在彈簧作用下二位三通比例方向閥4油口 P4和油口 A4接通，從比例節流閥7 油口 T7引出來的油液經二位三通比例方向閥4進入變量缸3左腔。三位四通換 向閥10的電磁鐵a得電，進油管13中的壓力油流進三位四通換向閥10的油口 PIO，從三位四通換向閥10的油口 A10流出，進入液壓缸11、液壓缸12的無 杆腔，推動活塞杆前進，液壓缸U、液壓缸12有杆腔的油液經過出油口T11和 T12流向三位四通換向閥10的油口B10，從三位四通換向閥10的油口T10流出， 流進單向閥9的進油口P9，從單向閥9的出油口 T9流出進入回油管14，最後 流回油箱。
由於變量缸3的油口 A3和B3分別與比例節流閥7的油口 P7和油口 T7相 連，使得比例節流閥7兩端壓差為變量缸彈簧所產生的等效壓力，保持恆定，
5泵輸出壓力始終與負載壓力相適應，只比負載壓力高出一個定值，而流過比例
節流閥7的流量只與受到比例電磁鐵控制的節流閥口開度有關，實現了推進速 度的比例控制，比例溢流閥8通過控制比例電磁鐵上輸入電信號來調節推進壓 力。
當推進液壓缸實現回退動作時，二位二通換向閥6的電磁鐵得電，二位二 通換向閥油口 P6和油口 A6連通，二位三通比例方向閥4電磁鐵得電，使得變 量缸3進油口 B3通過比例方向閥4油口 P4和油口 T4與油箱連通。三位四通換 向閥10的電磁鐵b得電，三位四通換向閥IO油口 P10與油口 B10連通，油口 A10與油口 T10連通，來自進油管13的壓力油從三位四通換向閥IO的油口PIO 流入，再從油口 B10流出，流向液壓缸11和液壓缸12的有杆腔，推動活塞退 回，液壓缸ll、液壓缸12無杆腔的油液經過進油口 P11和P12流向三位四通換 向閥IO的油口AIO，從三位四通換向閥10的油口 T10流出，流進單向閥9的 進油口P9，從單向閥9的出油口T9流出進入回油管14，最後流回油箱。
由於變量缸3左腔與油箱連通卸荷，右腔與變量泵2出油口 P連通，在右 腔壓力油作用下，變量缸3活塞向左運動，使得變量泵2的排量調節機構向著 排量增加的方向運動，變量泵2輸出流量加大。同時，比例節流閥7被二位二 通換向閥6短路，減小了系統在大流量快退工況下的節流損失，實現節能。
當系統工作過程中出現異常情況導致系統壓力超出正常值時，安全閥5開 啟，變量泵2出油口P流出的油液經安全閥5的進油口P5流進安全閥5，從安 全閥5的出油口T5流回油箱，實現卸荷。單向闊9為了防止盾構在特殊工況下 可能導致的液壓缸後退倒吸油箱油液造成事故。
如圖2所示，本推進液壓系統共有24液壓缸，在盾構截面方向上分為A、 B、 C、 D四區，四個區液壓缸數量在圓周方向平均分配，每區6個液壓缸，每 兩個一組。
推進系統各分區結構上相互獨立，而在控制上通過電控系統實時控制比例 閥的電信號又使各區相互聯繫。採用合適的控制系統並配合相應的控制策略， 既可控制各分區輸出力和速度，同時也能實現整個盾構掘進機推進動作的姿態 控制。
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、一種採用分區控制的節能型盾構推進液壓系統，其特徵在於在每個分區中，電機(1)與變量泵(2)剛性連接，變量泵(2)的吸油口S與油箱連通，變量泵(2)的出油口P分別與安全閥(5)的進油口P5、比例節流閥(7)的進油口P7、二位二通換向閥(6)的油口A6和變量缸(3)油口A3連通；變量缸(3)油口B3與二位三通比例換向閥(4)油口P4連通；二位三通比例換向閥(4)油口A4分別與比例節流閥(7)油口T7和二位二通換向閥(6)的油口A6連通，二位三通比例換向閥(4)油口T4與油箱連通；比例節流閥(7)的油口T7和比例溢流閥(8)的進油口P8與進油管(13)連通，比例溢流閥(8)的出油口T8與油箱連通；在進油管(13)和回油管(14)中並聯多組結構相同的執行部件；現將其中一組的執行部件結構說明如下單向閥(9)的進油口P9與三位四通換向閥(10)油口T10連通，單向閥(9)的出油口T9與回油管14連通；三位四通換向閥(10)的油口P10與進油管13連通，三位四通換向閥(10)的油口A10與第一液壓缸(11)的進油口P11和第二液壓缸(12)的進油口P12連通，三位四通換向閥(10)的油口B10與第一液壓缸(11)的回油口T11和第二液壓缸(12)的回油口T12連通；回油管(14)與油箱連通。
2、 根據權利要求1所述的一種採用分區控制的節能型盾構推進液壓系統， 其特徵在於所述分區為3 5，各區均勻分布。
專利摘要本實用新型公開了一種採用分區控制的節能型盾構推進液壓系統。在每個分區中，電機與變量泵連接，變量泵的出油口分別與安全閥的進油口、比例節流閥的進油口、二位二通換向閥的油口A6和變量缸油口A3連通；變量缸油口B3與二位三通比例換向閥油口P4連通；二位三通比例換向閥油口A4分別與比例節流閥油口T7和二位二通換向閥的油口A6連通；比例節流閥的油口T7和比例溢流閥的進油口與進油管連通；在進油管和回油管中並聯多組結構相同的執行部件。各分區採用單獨油源，用小排量泵代替大排量泵，特別是在大型盾構掘進設備中具有明顯的優勢。各區既可獨立控制，又能協調控制。各區液壓油源只輸出與本區工作壓力相適應的壓力油，系統更加節能。
文檔編號F15B13/00GK201288566SQ20082016791
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
發明者虎 施, 楊華勇, 秦志霞, 龔國芳 申請人:浙江大學