CN102134999B

CN102134999B - 用于盾构推进系统试验的地层模拟液压多模式加载系统

Info

Publication number: CN102134999B
Application number: CN 201010613390
Authority: CN
Inventors: 谢海波; 刘志斌; 段小明; 王承震; 杨华勇
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2030-12-30
Also published as: CN102134999A

Abstract

本发明公开了一种用于盾构推进系统试验的地层模拟液压多模式加载系统。包括由推进液压缸组成的液压推进系统，液压推进系统的一个油口与推进液压缸无杆腔连接，液压推进系统的另一个油口与推进液压缸有杆腔连接；还包括调压推进模式下的速度负载模块；调速推进模式下的压力负载和调压推进模式与调速推进模式下均可采用的比例节流阀负载模块，三块模块与加载液压缸的无杆腔连接，加载液压缸的有杆腔接油箱，加载液压缸与推进液压缸采用对顶连接实现加载。采用阀控技术实现负载调节，从而负载系统具有较高的频率响应特性；采用插装阀技术，使系统适用于大流量工况，实现可靠密封；通过添加或减少具有不同功能的液压加载单元，便于实现多模式加载。

Description

用于盾构推进系统试验的地层模拟液压多模式加载系统

技术领域

本发明涉及一种地层模拟液压多模式加载系统，尤其是涉及一种用于盾构推进系统试验的地层模拟液压多模式加载系统。

背景技术

加载系统广泛地应用于各种场合，如土力学实验的土体加载、金属材料性能的拉伸-压缩加载、轴承寿命测试的加载等等。加载方法有机械形式的加载，如通过机械传动机构对待加载系统施加推力；有电气形式的加载，如通过伺服电机实现角度量控制的加载；有流体传动形势的加载，如通过液压马达提供扭矩，通过液压缸对测试系统施加恒力。

由于液压传动具有功率密度大的特点，即功率-体积比大，而加载系统要求输出功率足够大以实现加载，因此液压技术在加载系统上具有很大的优势。液压传动装置工作时候比较平稳，没有机械传动系统的巨大冲击；同时由于具有液压过载保护，避免了电力传动中的过载而烧毁电机的问题。液压传动能实现大范围的无级调速，而机械传动往往是有级的，电力传动虽然可以通过变频控制实现无级调速，但在大传动比的场合调节平稳性较差，所以液压传动在调速范围上具有很大的优势。液压传动通过液压缸可以方便地实现直线运动，而使用机械传动实现比较复杂，电力传动实现直线运动可使用直线电机，但是不能提供力的加载。

传统的液压加载系统，通常功能比较单一。如液动换向阀的试验台是通过节流阀实现负载的模拟，液压压力加载试验台则是通过溢流阀实现力的加载。本发明所提出的用于盾构推进系统试验的地层模拟液压多模式加载系统，是具有施加多种不同性质的负载的功能，通用性较好，可以满足多种应用场合的要求。针对盾构掘进的两种掘进模式（调压推进模式与调速推进模式），可以选择以下三种性质的模拟负载进行加载：调压推进模式下使用的由比例调速阀控制加载液压缸无杆腔油口流量的速度负载，调速推进模式下使用的由比例溢流法控制加载液压缸无杆腔压力的压力负载，以上两种模式下均可使用的由比例节流阀控制加载液压缸无杆腔油口的节流特性的节流负载。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于盾构推进系统试验的地层模拟液压多模式加载系统。通过选择三种不同性质的模拟负载进行加载，依据现有实际施工数据用模拟负载取代实际掘进地质土层，可以方便在试验室模拟盾构掘进过程中的调压推进模式和调速推进模式，对新型盾构液压推进系统进行测试，为盾构设计提供依据及试验条件。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括由推进液压缸组成的液压推进系统，液压推进系统的一个油口与推进液压缸无杆腔连接，液压推进系统的另一个油口与推进液压缸有杆腔连接；其特征在于：还包括三个插装阀、三个液阻、三个两位三通电磁换向阀、三个梭阀，六个测压口、二个比例溢流阀、比例流量阀、比例节流阀、液压泵、电机和加载液压缸；第一个比例溢流阀的进油口分别与液压泵的出油口和单向阀的进油口连接，第一个比例溢流阀的出油口和加载液压缸的有杆腔均与油箱连接，单向阀的出油口分别与加载液压缸的无杆腔，第一个插装阀的油口a1，第一个梭阀进油口c2，第二个测压口，第二个插装阀的油口a2，第二个梭阀进油口c4，第四个测压口第三个插装阀的a3油口，第三个梭阀进油口c6，第六个测压口连接；第一个插装阀的油口b1分别与第一测压口的进油口、第一梭阀的油口c1、比例溢流阀的进油口连接，第二个插装阀的油口b2分别与测压口进油口、梭阀油口c3、比例流量阀的进油口连接，第三个插装阀的油口b3分别与测压口进油口、梭阀油口c5、比例节流阀的进油口连接，第二个比例溢流阀的出油口、比例流量阀的出油口、比例节流阀的出油口与油箱连接，第一个插装阀的弹簧腔与第一个液阻的油口r1连接，第一个液阻的油口r2与第一个两位三通电磁换向阀的油口p1连接，第一个两位三通电磁换向阀的油口p2与第一个梭阀的出油口连接，第一个两位三通电磁换向阀的油口T1与油箱连接；第二个插装阀的弹簧腔与第二个液阻6.2的油口r3连接，第二个液阻的油口r4与第二个两位三通电磁换向阀的油口p3连接，第二个两位三通电磁换向阀的油口p4与第二个梭阀的出油口连接，第二个两位三通电磁换向阀的油口T2与油箱连接；第三个插装阀的弹簧腔与第三个液阻的油口r5连接，第三个液阻的油口r6与第三个两位三通电磁换向阀的油口p5连接，第三个两位三通电磁换向阀的油口p6与第三个梭阀的出油口连接，第三个两位三通电磁换向阀的油口T3与油箱连接；加载液压缸与推进液压缸采用对顶连接实现加载。

本发明具有的有益效果是：

由于采用阀控技术实现负载调节，从而负载系统具有较高的频率响应特性；采用液压集成设计技术，提高系统的通用性；采用插装阀技术，可以使系统适用于大流量工况，而且可以实现可靠密封；可以添加或减少具有不同功能的液压加载单元，便于实现多模式加载；整个总线式液压集成块设置了多个测压口，可方便接入压力表或压力传感器等。

附图说明

附图为本发明液压原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如附图所示，包括由推进液压缸14组成的液压推进系统，液压推进系统的一个油口B4与推进液压缸14无杆腔连接，液压推进系统的另一个油口A4与推进液压缸14有杆腔连接。还包括三个插装阀5.1，5.2，5.3、三个液阻6.1，6.2，6.3、三个两位三通电磁换向阀7.1，7.2，7.3、三个梭阀11.1，11.2，11.3，六个测压口12.1~12.6、二个比例溢流阀3，8、比例流量阀9、比例节流阀10、液压泵2、电机1和加载液压缸13；第一个比例溢流阀3的进油口分别与液压泵2的出油口和单向阀4的进油口连接，第一个比例溢流阀3的出油口和加载液压缸13的有杆腔均与油箱15连接，单向阀4的出油口分别与加载液压缸13的无杆腔，第一个插装阀5.1的油口a1，第一个梭阀进油口c2，第二个测压口12.2，第二个插装阀5.2的油口a2，第二个梭阀进油口c4，第四个测压口12.4第三个插装阀5.3的a3油口，第三个梭阀进油口c6，第六个测压口12.6连接；第一个插装阀5.1的油口b1分别与第一测压口12.1的进油口、第一梭阀11.1的油口c1、比例溢流阀8的进油口连接，第二个插装阀5.2的油口b2分别与测压口12.3进油口、梭阀11.2油口c3、比例流量阀9的进油口连接，第三个插装阀5.3的油口b3分别与测压口12.5进油口、梭阀11.3油口c5、比例节流阀10的进油口连接，第二个比例溢流阀8的出油口、比例流量阀9的出油口、比例节流阀10的出油口与油箱15连接，第一个插装阀5.1的弹簧腔与第一个液阻6.1的油口r1连接，第一个液阻6.1的油口r2与第一个两位三通电磁换向阀7.1的油口p1连接，第一个两位三通电磁换向阀7.1的油口p2与第一个梭阀11.1的出油口连接，第一个两位三通电磁换向阀7.1的油口T1与油箱15连接；第二个插装阀5.2的弹簧腔与第二个液阻6.2的油口r3连接，第二个液阻6.2的油口r4与第二个两位三通电磁换向阀7.2的油口p3连接，第二个两位三通电磁换向阀7.2的油口p4与第二个梭阀11.2的出油口连接，第二个两位三通电磁换向阀7.2的油口T2与油箱15连接；第三个插装阀5.3的弹簧腔与第三个液阻6.3的油口r5连接，第三个液阻6.3的油口r6与第三个两位三通电磁换向阀7.3的油口p5连接，第三个两位三通电磁换向阀7.3的油口p6与第三个梭阀11.3的出油口连接，第三个两位三通电磁换向阀7.3的油口T3与油箱15连接；加载液压缸13与推进液压缸14采用对顶连接实现加载。

第一个插装阀5.1，第一个梭阀11.1，第一个液阻6.1，第一个两位三通电磁换向阀7.1，第二个比例溢流阀8构成调压推进模式下的速度负载模块；第二个插装阀5.2，第二个梭阀11.2，第二个液阻6.2，第二个两位三通电磁换向阀7.2，比例流量阀9构成调速推进模式下的压力负载，第三个插装阀5.3，第三个梭阀11.3，第三个液阻6.3，第三个两位三通电磁换向阀7.3，比例节流阀10构成调压推进模式与调速推进模式下均可采用的比例节流阀负载模块。

本发明针对盾构掘进的两种掘进模式（调压推进模式与调速推进模式），可以设置不同的模拟负载。

调压推进模式下的速度负载：盾构掘进过程中，若遇到土压平衡控制要求较高的场合，需要对推进液压缸进行压力调节，即调压推进模式，以精确控制开挖面的土压力，以防止地面隆起或者坍塌。此时压力为推进液压缸的可控量，而流量由实际土层的开挖条件决定。可通过控制加载液压缸的通流流量，以实现实际掘进过程中的负载模拟。工作原理是两位三通电磁换向阀7.2的电磁铁得电，选通比例调速阀9，调节比例流量阀9的输入信号即可获得连续变化的流量控制，即速度负载。

调速推进模式下的压力负载：盾构掘进过程中，若遇到稳定性较好的地层，或对地面变形要求不高的场合（如荒地），可以采用对推进液压缸进行流量调节，即调速推进模式，进行推进。目的是可以以系统最大推进速度进行推进，缩短施工周期以提高生产率，此外，调速推进模式也更为方便地实现盾构的掘进轨迹控制。此时流量为推进液压缸的可控量，而压力由实际土层的开挖条件决定。可通过控制加载液压缸的压力，以实现实际掘进过程中的负载模拟。工作原理是两位三通电磁换向阀7.1的电磁铁得电，选通比例溢流阀8，在加载液压缸始终处于缩回运动的前提下，调节比例溢流阀8的输入信号即可获得连续变化的被动压力负载。此时，推进液压缸14应推动加载液压缸13向左运动。只要该向左运动消失，如液压缸停留在某个位置，则多功能负载模拟液压系统所调定的压力，由于液压泄漏，不能持续保持在调定值上。

比例节流阀负载：调压推进模式与调速推进模式下，都可采节流阀作为负载来进行加载：调压推进模式下，加载液压缸输入量为压力，输出量为流量，流量大小根据节流口的压力——流量特性决定；而调速推进模式下，加载液压缸输入量为流量，输出量为压力，压力大小同样根据节流口的压力——流量特性决定。节流口大小可以通过电信号进行实时调节。工作原理是两位三通电磁换向阀7.3的电磁铁得电，选通比例节流阀10，可获得节流阀作为负载的加载，可通过改变节流口的大小来实现加载。

Claims

1.一种用于盾构推进系统试验的地层模拟液压多模式加载系统，包括由推进液压缸（14）组成的液压推进系统，液压推进系统的一个油口（B4）与推进液压缸（14）无杆腔连接，液压推进系统的另一个油口（A4）与推进液压缸（14）有杆腔连接；其特征在于：还包括三个插装阀（5.1，5.2，5.3）、三个液阻（6.1，6.2，6.3）、三个两位三通电磁换向阀（7.1，7.2，7.3）、三个梭阀（11.1，11.2，11.3），六个测压口（12.1~12.6）、二个比例溢流阀（3，8）、比例流量阀（9）、比例节流阀（10）、液压泵（2）、电机（1）和加载液压缸（13）；第一个比例溢流阀（3）的进油口分别与液压泵（2）的出油口和单向阀（4）的进油口连接，第一个比例溢流阀（3）的出油口和加载液压缸（13）的有杆腔均与油箱（15）连接，单向阀（4）的出油口分别与加载液压缸（13）的无杆腔，第一个插装阀（5.1）的油口a1，第一个梭阀进油口c2，第二个测压口（12.2），第二个插装阀（5.2）的油口a2，第二个梭阀进油口c4，第四个测压口（12.4）第三个插装阀（5.3）的a3油口，第三个梭阀进油口c6，第六个测压口（12.6）连接；第一个插装阀（5.1）的油口b1分别与第一测压口（12.1）的进油口、第一梭阀（11.1）的油口c1、比例溢流阀（8）的进油口连接，第二个插装阀（5.2）的油口b2分别与测压口（12.3）进油口、梭阀（11.2）油口c3、比例流量阀（9）的进油口连接，第三个插装阀（5.3）的油口b3分别与测压口（12.5）进油口、梭阀（11.3）油口c5、比例节流阀（10）的进油口连接，第二个比例溢流阀（8）的出油口、比例流量阀（9）的出油口、比例节流阀（10）的出油口与油箱（15）连接，第一个插装阀（5.1）的弹簧腔与第一个液阻（6.1）的油口r1连接，第一个液阻（6.1）的油口r2与第一个两位三通电磁换向阀（7.1）的油口p1连接，第一个两位三通电磁换向阀（7.1）的油口p2与第一个梭阀（11.1）的出油口连接，第一个两位三通电磁换向阀（7.1）的油口T1与油箱（15）连接；第二个插装阀（5.2）的弹簧腔与第二个液阻（6.2）的油口r3连接，第二个液阻（6.2）的油口r4与第二个两位三通电磁换向阀（7.2）的油口p3连接，第二个两位三通电磁换向阀（7.2）的油口p4与第二个梭阀（11.2）的出油口连接，第二个两位三通电磁换向阀（7.2）的油口T2与油箱（15）连接；第三个插装阀（5.3）的弹簧腔与第三个液阻（6.3）的油口r5连接，第三个液阻（6.3）的油口r6与第三个两位三通电磁换向阀（7.3）的油口p5连接，第三个两位三通电磁换向阀（7.3）的油口p6与第三个梭阀（11.3）的出油口连接，第三个两位三通电磁换向阀（7.3）的油口T3与油箱（15）连接；加载液压缸（13）与推进液压缸（14）采用对顶连接实现加载。