CN101408107B - 采用分区控制的节能型盾构推进液压系统 - Google Patents

采用分区控制的节能型盾构推进液压系统 Download PDF

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本发明公开了一种采用分区控制的节能型盾构推进液压系统。在每个分区中,电机与变量泵连接,变量泵的出油口分别与安全阀的进油口、比例节流阀的进油口、二位二通换向阀的油口A6和变量缸油口A3连通;变量缸油口B3与二位三通比例换向阀油口P4连通;二位三通比例换向阀油口A4分别与比例节流阀油口T7和二位二通换向阀的油口A6连通;比例节流阀的油口T7和比例溢流阀的进油口与进油管连通;在进油管和回油管中并联多组结构相同的执行部件。各分区采用单独油源,用小排量泵代替大排量泵,特别是在大型盾构掘进设备中具有明显的优势。各区既可独立控制,又能协调控制。各区液压油源只输出与本区工作压力相适应的压力油,系统更加节能。

Description

采用分区控制的节能型盾构推进液压系统
技术领域
[0001] 本发明涉及流体压力执行机构,尤其涉及一种采用分区控制的节能型盾构推进液压系统。
背景技术
[0002] 盾构掘进机是一种专用于地下隧道工程施工的现代化高科技掘进装备,它集机、 电、液、控等技术为一体,实现了隧道开挖的机械化、自动化。与传统的施工方法相比,具有施工安全、快速、工程质量高、地面扰动小、劳动强度低等许多优点。随着科技发展和社会进步,盾构掘进将逐步取代传统方法。
[0003] 盾构掘进机的推进系统为盾构前进提供推动力,承担着盾构掘进的核心任务。推进工作通常由沿盾构周向分布的一定数量液压缸的协调顶伸动作来完成。推进系统的控制不仅直接关系到对隧道施工正确性和完整性起决定作用的盾构掘进姿态控制,而且对地下工程施工中一个最为关键的控制对象即地表变形也产生极大的影响。掘进施工土质地层及其水土压力的复杂多变性,以及盾构前方存在的种种不可预见因素,对推进系统的输出推力和速度提出了更高的控制要求。因此,推进液压系统的压力和流量必须实时连续可调,确保合理的推进力和推进速度,以配合其它执行机构维持掘进过程中水土压力平衡。
[0004] 盾构推进是一种典型的大功率、大负载工况。推进系统的装机功率很大,能耗很高。为了降低控制成本、减小控制复杂性,通常推进系统将沿盾构周向分布的众多液压缸实施分区,采用液压阀实现控制目标。在采用统一油源加分组阀控的液压系统中,由于盾构断面上不同位置所承受的负载不同(特别是在纠偏和曲线掘进时)导致各分区液压缸必须从油源获得各自所需压力油,而油源却始终以最高压力分区的工作压力向系统供油,使得工作压力较低的分区与油源之间产生了很大的能量损失,最终造成系统整体效率降低,不仅浪费了能量、影响了设备寿命,而且恶化了施工环境,带来诸多不利因素。因此如何在确保推进系统正确高效完成掘进任务的情况下实现推进液压系统的节能控制是盾构掘进中的一个关键技术问题。
发明内容
[0005] 为了克服背景技术中盾构施工过程中存在的问题兼顾满足盾构施工的要求,本发明的目的在于提供一种采用分区控制的节能型盾构推进液压系统,既可以实现推进力和速度的实时连续控制,又可以大大降低能量损失,同时也增加了推进系统协调控制的灵活性。
[0006] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是:
[0007] 在每个分区中,电机与变量泵刚性连接,变量泵的吸油口与油箱连通,变量泵的出油口分别与安全阀的进油口、比例节流阀的进油口、二位二通换向阀的第一油口和变量缸的第一油口连通;变量缸的第二油口与二位三通比例换向阀的第一油口连通;二位三通比例换向阀的第二油口分别与比例节流阀的出油口和二位二通换向阀的第二油口连通,二位三通比例换向阀的第三油口与油箱连通;比例节流阀的出油口和比例溢流阀的进油口与进油管连通,比例溢流阀的出油口与油箱连通;在进油管和回油管中并联多组结构相同的执行部件;现将其中一组的执行部件结构说明如下:单向阀的进油口与三位四通换向阀的第一油口连通,单向阀的出油口与回油管连通;三位四通换向阀的第二油口与进油管连通,三位四通换向阀的第三油口与第一液压缸的进油口和第二液压缸的进油口连通,三位四通换向阀的第四油口与第一液压缸的回油口和第二液压缸的回油口连通;回油管与油箱连通。
[0008] 本发明与背景技术相比,具有的有益效果是:
[0009] 1)推进系统各分区采用单独油源,可以用小排量泵代替传统推进系统中的大排量泵,这一点特别是在大型盾构掘进设备中具有明显的优势。
[0010] 2)推进系统各区既可独立控制,又能协调控制,增加了系统的灵活性。
[0011] 3)采用负载压力自适应之后,各区液压油源只输出与本区工作压力相适应的压力油,系统更加节能。
[0012] 4)推进系统可以实现平均分区,克服了传统不均勻分区给系统控制带来的不便。 附图说明
[0013] 图1是本发明系统的单区原理图。
[0014] 图2是采用本发明中所述系统的盾构推进液压缸分区示意图。
[0015] 图中:1.电机,2.变量泵,3.变量缸,4. 二位三通比例换向阀,5.安全阀,6. 二位二通换向阀,7.比例节流阀,8.比例溢流阀,9.单向阀,10.三位四通换向阀,11.液压缸, 12.液压缸,13.进油管,14.回油管。
具体实施方式
[0016] 下面结合附图1和实施例对本发明作进一步说明。
[0017] 如图1所示,本发明包括在每个分区中,电机1与变量泵2刚性连接,变量泵2的吸油口 S与油箱连通,变量泵2的出油口 P分别与安全阀5的进油口 P5、比例节流阀7的进油口 P7、二位二通换向阀6的油口 P6和变量缸3油口 A3连通;变量缸3油口 B3与二位三通比例换向阀4油口 P4连通;二位三通比例换向阀4油口 A4分别与比例节流阀7油口 T7和二位二通换向阀6的油口 A6连通,二位三通比例换向阀4油口 T4与油箱连通;比例节流阀7的油口 T7和比例溢流阀8的进油口 P8与进油管13连通,比例溢流阀8的出油口 T8与油箱连通;在进油管13和回油管14中并联多组结构相同的执行部件;现将其中一组的执行部件结构说明如下:单向阀9的进油口 P9与三位四通换向阀10油口 TlO连通,单向阀9的出油口 T9与回油管14连通;三位四通换向阀10的油口 PlO与进油管13连通,三位四通换向阀10的油口 AlO与第一液压缸11的进油口 Pll和第二液压缸12的进油口 P12 连通,三位四通换向阀10的油口 BlO与第一液压缸11的回油口 Tll和第二液压缸12的回油口 T12连通;回油管14与油箱连通。
[0018] 所述分区为3〜5,各区均勻分布,本发明中分区为4。
[0019] 本发明的工作原理如下:
[0020] 电机1得电启动,驱动变量泵2转动,变量泵2通过吸油口 S从油箱中吸油,变量泵2打出的压力油通过出油口 P分别进入比例节流阀的油口 P7、二位二通换向阀6的油口 P6、变量缸3油口 A3以及安全阀5的进油口 P5。[0021] 盾构向前推进时,二位二通换向阀6的电磁铁失电,在弹簧作用下,二位二通换向阀6关闭,泵出口压力油从比例节流阀7油口 P7流进,从比例节流阀7油口 T7流出,流向进油管13、二位二通换向阀6油口 A6、二位三通比例方向阀4油口 A4、比例溢流阀8进油口 P8。二位三通比例方向阀4电磁铁失电,在弹簧作用下二位三通比例方向阀4油口 P4和油口 A4接通,从比例节流阀7油口 T7引出来的油液经二位三通比例方向阀4进入变量缸3 左腔。三位四通换向阀10的电磁铁a得电,进油管13中的压力油流进三位四通换向阀10 的油口 P10,从三位四通换向阀10的油口 AlO流出,进入液压缸11、液压缸12的无杆腔,推动活塞杆前进,液压缸11、液压缸12有杆腔的油液经过出油口 Tll和T12流向三位四通换向阀10的油口 B10,从三位四通换向阀10的油口 TlO流出,流进单向阀9的进油口 P9,从单向阀9的出油口 T9流出进入回油管14,最后流回油箱。
[0022] 由于变量缸3的油口 A3和B3分别与比例节流阀7的油口 P7和油口 T7相连,使得比例节流阀7两端压差为变量缸弹簧所产生的等效压力,保持恒定,泵输出压力始终与负载压力相适应,只比负载压力高出一个定值,而流过比例节流阀7的流量只与受到比例电磁铁控制的节流阀口开度有关,实现了推进速度的比例控制,比例溢流阀8通过控制比例电磁铁上输入电信号来调节推进压力。
[0023] 当推进液压缸实现回退动作时,二位二通换向阀6的电磁铁得电,二位二通换向阀油口 P6和油口 A6连通,二位三通比例方向阀4电磁铁得电,使得变量缸3进油口 B3通过比例方向阀4油口 P4和油口 T4与油箱连通。三位四通换向阀10的电磁铁b得电,三位四通换向阀10油口 PlO与油口 BlO连通,油口 AlO与油口 TlO连通,来自进油管13的压力油从三位四通换向阀10的油口 PlO流入,再从油口 BlO流出,流向液压缸11和液压缸12 的有杆腔,推动活塞退回,液压缸11、液压缸12无杆腔的油液经过进油口 Pll和P12流向三位四通换向阀10的油口 A10,从三位四通换向阀10的油口 TlO流出,流进单向阀9的进油口 P9,从单向阀9的出油口 T9流出进入回油管14,最后流回油箱。
[0024] 由于变量缸3左腔与油箱连通卸荷,右腔与变量泵2出油口 P连通,在右腔压力油作用下,变量缸3活塞向左运动,使得变量泵2的排量调节机构向着排量增加的方向运动, 变量泵2输出流量加大。同时,比例节流阀7被二位二通换向阀6短路,减小了系统在大流量快退工况下的节流损失,实现节能。
[0025] 当系统工作过程中出现异常情况导致系统压力超出正常值时,安全阀5开启,变量泵2出油口 P流出的油液经安全阀5的进油口 P5流进安全阀5,从安全阀5的出油口 T5 流回油箱,实现卸荷。单向阀9为了防止盾构在特殊工况下可能导致的液压缸后退倒吸油箱油液造成事故。
[0026] 如图2所示,本推进液压系统共有M液压缸,在盾构截面方向上分为A、B、C、D四区,四个区液压缸数量在圆周方向平均分配,每区6个液压缸,每两个一组。
[0027] 推进系统各分区结构上相互独立,而在控制上通过电控系统实时控制比例阀的电信号又使各区相互联系。采用合适的控制系统并配合相应的控制策略,既可控制各分区输出力和速度,同时也能实现整个盾构掘进机推进动作的姿态控制。
[0028] 上述具体实施方式用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1. 一种采用分区控制的节能型盾构推进液压系统,在每个分区中,电机(1)与变量泵 ⑵刚性连接,变量泵⑵的吸油口⑶与油箱连通,其特征在于:变量泵⑵的出油口⑵ 分别与安全阀(5)的进油口(P5)、比例节流阀(7)的进油口(P7)、二位二通换向阀(6)的第一油口(P6)和变量缸(3)的第一油口(A3)连通;变量缸(3)的第二油口(B3)与二位三通比例换向阀⑷的第一油口(P4)连通;二位三通比例换向阀⑷的第二油口(A4)分别与比例节流阀(7)的出油口(T7)和二位二通换向阀(6)的第二油口(A6)连通,二位三通比例换向阀⑷的第三油口(T4)与油箱连通;比例节流阀(7)的出油口(T7)和比例溢流阀⑶的进油口(P8)与进油管(1¾连通,比例溢流阀⑶的出油口(T8)与油箱连通;在进油管(13)和回油管(14)中并联多组结构相同的执行部件;现将其中一组的执行部件结构说明如下:单向阀(9)的进油口(P9)与三位四通换向阀(10)的第一油口(TlO)连通, 单向阀(9)的出油口(T9)与回油管(14)连通;三位四通换向阀(10)的第二的油口(PlO) 与进油管(13)连通,三位四通换向阀(10)的第三油口(AlO)与第一液压缸(11)的进油口 (Pll)和第二液压缸(12)的进油口(P12)连通,三位四通换向阀(10)的第四油口(BlO)与第一液压缸(11)的回油口(Tll)和第二液压缸(12)的回油口(Tl)2连通;回油管(14)与油箱连通。
2.根据权利要求1所述的一种采用分区控制的节能型盾构推进液压系统,其特征在于:所述分区为3〜5,各区均勻分布,且各区的液压缸个数相等。
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