CN102425426B - 推进进油口侧安装蓄能器的节能盾构液压推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推进进油口侧安装蓄能器的节能盾构液压推进系统。包括电动机控制的变量泵、比例溢流阀和单向阀组成的液压泵源；压力管道接单向阀的出油口，回油管道接油箱，在两管道间依次并联有上、下、左、右四个液压推进区，每个液压推进区均包括电磁换向阀、两个电磁开关阀、蓄能器、比例节流阀、比例溢流阀和推进液压缸。采用恒压变量泵在某时刻只向一个推进区进行供油，同时对该区的蓄能器进行充压，其他推进区使用自身蓄能器进行供油的分时段轮流充压工作原理，使泵与蓄能器的压力仅比各自所带负载所需的压力高出一个很小的值，实现了所有推进区的供油压力都分别与各自的负载实现负载敏感，大大降低了现有系统的节流降压的能量损失。

Description

推进进油口侧安装蓄能器的节能盾构液压推进系统

技术领域

本发明涉及一种液压节能盾构液压推进系统，尤其是涉及一种推进进油口侧安装蓄能器的节能盾构液压推进系统。

背景技术

盾构广泛应用在城市地铁的施工建设。盾构的液压推进系统是其重要组成部分之一，起着提供掘进推力、控制土压平衡、控制掘进轨迹实现转弯和纠偏等作用。由于盾构掘进速度慢，液压推进系统对于液压泵的流量需求并不大，现有的技术通常是以一个液压变量泵提供推进动力来满足所有推进液压缸的需求。

根据掘进的操作需求以及简化系统的复杂性，盾构的推进液压缸通常会分成4个推进区，分别是上区、左区、下区、右区。而每个区的推进压力设定是不尽相同的。由于土压的随着深度而压力渐增的分布，而且还需平衡盾构重力产生的下倾扭矩，通常盾构下区的推进缸，不仅数量比其他区多，而且推进压力也比其他区要高。在盾构进行右转弯掘进的时候，左区的推进压力就会设定得比右区压力要高。由于4个区都是由一个液压泵进行供油，所以液压泵的输出压力，是由4个推进区中所需的最高压力来决定的，而推进压力比液压泵输出压力低的其他推进区，则需要通过节流降压来实现压力的控制。现有产品有两种主流方法来解决：第一，使用安置在比例溢流阀上游的比例调速阀作为压力补偿器来实现节流降压，第二，通过三通比例减压阀或先导比例减压阀实现节流降压。以上两种方法，都是通过液压阀内部的压力补偿器的补偿功能实现节流降压的。

上述方法，尽管实现了推进压力的分区控制，却有一部分能量因为节流降压的作用而转化成热能耗散掉。在中、大功率的液压系统里面，节能是一个很值得关注的话题。

发明内容

为了克服现有盾构液压推进系统在节能方面的不足，本发明的目的在于提供一种推进进油口侧安装蓄能器的节能盾构液压推进系统。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括电动机控制的变量泵、比例溢流阀和单向阀组成的液压泵源；单向阀的出油口接压力管道P，回油管道T接油箱，在压力管道P与回油管道T间依次并联有上、左、右、下四个结构相同、推进油缸个数不同的液压推进分区，其中上液压推进区包括：电磁换向阀、两个电磁开关阀、蓄能器、比例节流阀、比例溢流阀和推进液压缸；电磁换向阀的进油口P口接压力管道P，电磁换向阀的第一工作油口A口接第一电磁开关阀的进油口P口与比例节流阀的第一工作油口A口，电磁换向阀的第二工作油口B口接多个液压缸的有杆腔油口及第二电磁开关阀的进油口P口，第二电磁开关阀的出油口A口接回油管道T，电磁换向阀的T口接回油管道T，第一电磁开关阀的工作油口A口与蓄能器的液压油口连接，比例节流阀的第二工作油口B口与比例溢流阀的进油口以及所述多个液压缸的无杆腔连接，比例溢流阀的出油口接回油管道T管；所述上、左、右、下四个分区推进油缸的个数比为3:4:4:5，且每个分区中各个液压缸的有杆腔和无杆腔分别通过液压管道连接在一起。

本发明具有的有益效果是：

采用恒压变量泵在某时刻只向一个推进区进行供油，同时对该区的蓄能器进行充压，其他推进区使用自身蓄能器进行供油的分时段轮流充压工作原理，使恒压变量泵与蓄能器的压力仅比各自所带负载所需的压力高出一个很小的值，实现了所有推进区的供油压力都分别与各自的负载实现负载敏感，大大降低了现有系统的节流降压的能量损失。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图中：1、电动机，2、恒压变量泵，3、比例溢流阀，4、单向阀，5.1、电磁换向阀，5.2、电磁换向阀，6.1、电磁开关阀，6.2、电磁开关阀，7.1、蓄能器，7.2、蓄能器，8.1、比例节流阀，8.2、比例节流阀，9.1、比例溢流阀，9.2、比例溢流阀，10.1、液压缸，10.2、液压缸，11.1、电磁开关阀，11.2、电磁开关阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如附图所示，本发明包括电动机1控制的变量泵2、比例溢流阀3和单向阀4组成的液压泵源；压力管道P接单向阀4的出油口，回油管道T接油箱，在压力管道P与回油管道T间依次并联有上、左、右、下四个结构相同、推进油缸个数不同的液压推进分区。

其中上液压推进区(即图中1区)包括：电磁换向阀5.1、两个电磁开关阀6.1，11.1、蓄能器7.1、比例节流阀8.1、比例溢流阀9.1和三个推进液压缸10.1；电磁换向阀5.1的进油口P口接压力管道P，电磁换向阀5.1的第一工作油口A口接第一电磁开关阀6.1的进油口P口与比例节流阀8.1的第一工作油口A口，电磁换向阀5.1的第二工作油口B口接三个液压缸10.1的有杆腔油口及第二电磁开关阀11.1的进油口P口，第二电磁开关阀11.1的出油口A口接回油管道T，电磁换向阀5.1的T口接回油管道T，第一电磁开关阀6.1的工作油口A口与蓄能器7.1的液压油口连接，比例节流阀8.1的第二工作油口B口与比例溢流阀9.1的进油口以及所述多个液压缸10.1的无杆腔连接，比例溢流阀9.1的出油口接回油管道T管。

其中左液压推进区(即图中2区)包括：电磁换向阀5.2、两个电磁开关阀6.2，11.2、蓄能器7.2、比例节流阀8.2、比例溢流阀9.2和四个推进液压缸10.2；电磁换向阀5.2的进油口P口接压力管道P，电磁换向阀5.2的第一工作油口A口接第一电磁开关阀6.2的进油口P口与比例节流阀8.2的第一工作油口A口，电磁换向阀5.2的第二工作油口B口接四个液压缸10.2的有杆腔油口及第二电磁开关阀11.2的进油口P口，第二电磁开关阀11.2的出油口A口接回油管道T，电磁换向阀5.2的T口接回油管道T，第一电磁开关阀6.2的工作油口A口与蓄能器7.2的液压油口连接，比例节流阀8.2的第二工作油口B口与比例溢流阀9.2的进油口以及所述多个液压缸10.2的无杆腔连接，比例溢流阀9.2的出油口接回油管道T管。

附图中依次为上、左、右、下四个分区，推进油缸的个数比为3:4:4:5，且每个分区中各个液压缸的有杆腔和无杆腔分别通过液压管道连接在一起。

采用比例溢流阀进行远程压力控制的恒压变量泵作为动力源，每个推进区的大腔油口侧采用液压蓄能器作为辅助动力源，采用比例节流阀对液压蓄能器进行排油流量控制，采用比例溢流阀对推进压力进行控制。

具体实现方案为：

电动机1的驱动轴与恒压变量泵2的轴进行连接。恒压变量泵2的吸油口接油箱，其出油口接远程控制的比例溢流阀3的进油口以及单向阀4的进油口。比例溢流阀3的出油口接油箱。单向阀4的出油口接液压推进系统的压力管道P管。推进区有上、左、右、下共四个，现以1区(上液压推进区)为例子进行说明，其余3个区的结构原理与1区的结构原理相同，只是各分区液压缸数量不一样，上、下、左、右四个分区推进油缸的个数比为3:4:4:5。电磁换向阀5.1的进油口P口接压力管道P管，电磁换向阀5.1的第一工作油口A口接第一电磁开关阀6.1的进油口P口与比例节流阀8.1的第一工作油口A口，电磁换向阀阀5.1的第二工作油口B口接三个液压缸10.1的有杆腔油口及第二电磁开关阀11.1的进油口P口。第二电磁开关阀11.1的出油口A口接回油管道T管。电磁换向阀阀5.1的T口接回油管道T管。第一电磁开关阀6.1的工作油口A口与蓄能器7.1的液压油口连接。比例节流阀8.1的第二工作油口B口与比例溢流阀9.1的进油口以及三个液压缸10.1的无杆腔油口连接。比例溢流阀9.1的出油口接回油管道T管。

工作原理：

现有技术是需要液压泵同时对四个推进区进行供油。与现有技术不同，本发明只需用液压泵对某一个推进区进行供油，其他三个区由各自的蓄能器进行供油。并且为了避免使用大量的蓄能器，本发明使用对四个推进区实施分时段供油充压的方法。

在盾构推进时，以1区采用液压泵供油，其他3个区采用蓄能器供油为例，具体工作原理是，1区的电磁换向阀5右侧电磁铁c得电，阀5.1工作在右位，此时阀5.1的进油口P口与其第一工作油口A口连通，阀5.1的第二工作油口B口与其T口连通。恒压变量泵2的压力只需设定到比1区的推进压力略高一点的压力值，此时恒压变量泵2的压力油一方面通过第一电磁开关阀6.1对蓄能器7.1进行液压充压，另一方面通过比例节流阀8.1对液压缸10.1 左侧的大腔进行供油。液压缸10.1的推进压力由比例溢流阀9.1进行调定。通过调整比例节流阀8.1的开口大小，可以调整到通过阀8.1的流量维持在液压缸10.1所需流量与比例溢流阀9.1的最小稳定流量的总和，以此来减少推进1区的溢流损失。此时2、3、4区的工作原理相同，以2区为例，电磁换向阀5.2的电磁铁均不得电，因此切断了恒压变量泵2对推进2区的供油通道。第二电磁开关阀11.2的电磁铁得电，此时液压缸10.2右侧的小腔油口与回油管道T通过第二电磁开关阀11.2的开启而接通。2区的蓄能器7.2的充压设定压力比2区推力压力的设定值略高一点，蓄能器7.2处于放油状态，其液压油通过第一电磁开关阀6.2、比例节流阀8.2对液压缸10.2左侧大腔进行供油。液压缸10.2的推进压力由比例溢流阀9.2进行调定。通过调整比例节流阀8.2的开口大小，可以调整到通过阀8.2的流量维持在液压缸10.2所需流量与比例溢流阀9.1的最小稳定流量的总和，以此来减少推进2区的溢流损失。

通过上述方法，1区由恒压变量泵2进行供油，恒压变量泵2的供油设定压力仅比推进设定压力略高一点，推进2、3、4区分别由各自的蓄能器7.2、7.3、7.4供油，各个蓄能器的工作压力也仅比各自推进区的推进设定压力略高一点。实现了所有推进区的供油压力都分别与各自的负载实现负载敏感，大大降低了现有系统的节流降压的能量损失。

由于随着工作时间推移，蓄能器不断排油导致其压力下降，当下降到该推进区所需的压力值以下时，便无法正常工作。因此本发明提出液压推进区的分时段轮流充压的工作原理。具体实现为，定义蓄能器充压时间t。在第一个t时间段内，1区充压。1区的电磁换向阀5.1切换到右位，第二电磁开关阀11.1关闭，恒压变量泵2压力调整至比1区推进调定压力略高的压力值，向推进1区进行供油，使得1区蓄能器7.1充压，充压压力应至可以维持1区靠蓄能器供油下正常工作3个充压时间t以上，充压期间1区推进所需液压油由恒压变量泵2提供。此时推进2、3、4区的电磁换向阀5.2、5.3、5.4都处于中位，第二电磁开关阀11.2、11.3、11.4开启，各区的动力源是由各自的蓄能器提供进行推进。在第一个t时间段结束，进入第二个t时间段，则是2区充压。需要做出调整是1区的电磁换向阀5.1回到中位，切断恒压变量泵2的供油路，第二电磁开关阀11.1开启，接通液压缸10.1的回油通道，2区的电磁换向阀5.2切换到右位，接通恒压变量泵2供油油路，第二电磁开关阀11.2关闭，恒压变量泵2压力调整至比2区推进调定压力高略高的压力值，向推进2区进行供油，使得2区蓄能器7.2充压，同样，充压压力应至可以维持2区靠蓄能器供油下正常工作3个充压时间t以上，充压期间2区推进所需液压油由恒压变量泵2提供。3、4区不做任何改变，所以此时推进1、3、4区的电磁换向阀5.1、5.3、5.4都处于中位，第二电磁开关阀11.1、11.3、11.4开启，各区的动力源是由各自的蓄能器提供进行推进。依次类推，在第三个t时间段内，恒压变量泵2向推进3区供油充压，而推进1、2、4区由各自蓄能器供油。第四个t时间段内，恒压变量泵2向推进4区供油充压，而推进1、2、3区由各自蓄能器供油。然后上述循环周而复始地进行。通过这样的推进区的分时段轮流充压的工作原理，就能保证每个蓄能器都有足够的压力来维持推进过程。

Claims (1)

1.一种推进进油口侧安装蓄能器的节能盾构液压推进系统，包括电动机（1）控制的变量泵（2）、比例溢流阀（3）和单向阀（4）组成的液压泵源；其特征在于：单向阀（4）的出油口接压力管道P，回油管道T接油箱，在压力管道P与回油管道T间依次并联有上、左、右、下四个结构相同、推进油缸个数不同的液压推进分区，其中上液压推进区包括：电磁换向阀、两个电磁开关阀、蓄能器、比例节流阀、比例溢流阀和推进液压缸；电磁换向阀的进油口P口接压力管道P，电磁换向阀的第一工作油口A口接第一电磁开关阀的进油口P口与比例节流阀的第一工作油口A口，电磁换向阀的第二工作油口B口接多个液压缸的有杆腔油口及第二电磁开关阀的进油口P口，第二电磁开关阀的出油口A口接回油管道T，电磁换向阀的T口接回油管道T，第一电磁开关阀的工作油口A口与蓄能器的液压油口连接，比例节流阀的第二工作油口B口与比例溢流阀的进油口以及所述多个液压缸的无杆腔连接，比例溢流阀的出油口接回油管道T管；所述上、左、右、下四个分区推进油缸的个数比为3:4:4:5，且每个分区中各个液压缸的有杆腔和无杆腔分别通过液压管道连接在一起。

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