CN103032396B - 采用负载敏感技术的盾构管片拼装定位电液控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用负载敏感技术的盾构管片拼装定位电液控制系统。它包括电机、变量泵、二位三通比例换向阀、变量缸、溢流阀、减压阀、压力补偿阀、单向阀、多路阀、平衡阀、液压锁、液压马达、液压缸、力矩转速传感器、位移传感器、压力传感器。管片拼装系统中采用带有压力补偿阀的多路阀控制驱动管片拼装机转动的液压马达转速和各液压缸运动速度。压力传感器实时检测系统主油路压力和各执行器的工作压力，计算机控制单元根据系统压力信号决定变量泵控制信号，使变量泵排量跟随负载变化改变，实现负载敏感控制。本发明避免了传统系统始终以最高工作压力供油所造成的能量浪费，极大地减少了节流损失和溢流损失，具有明显的节能效果。
Description
技术领域
本发明涉及流体压力执行机构，尤其涉及一种采用负载敏感技术的盾构管片拼装定位电液控制系统。
背景技术
盾构掘进机是一种广泛应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、劳动强度低等优点。作为高耗能的施工机械，盾构掘进机正朝着高效率、低能耗的方向发展。
管片拼装机是盾构的重要组成部分，在盾构推进距离达到一环管片宽度之后，管片拼装机从盾构后方管片输送车上抓取管片，然后通过旋转、径向伸缩和水平滑移三个定位运动将管片搬运到空间指定的位置点，一环管片安装完成后，上紧管片间的连接螺栓，形成衬砌，以支撑刚开挖的隧道，然后盾构开始下一环的推进作业。管片拼装是盾构施工隧道成形最为关键的一步，拼装机构的工作特性直接关系到隧道质量和施工效率。
盾构管片拼装系统具有拼装工作量大、负载变化范围广的特点。管片拼装机在旋转过程中马达的负载力矩随拼装机转动是变化的，此外旋转、径向伸缩和水平滑移三个运动之间的载荷存在很大差异，如果采用进油路节流调速阀控马达、阀控液压缸的系统形式，系统供油压力必然按照最大工作负载时所需系统压力设定，这使得系统在较低负载条件下工作时，系统效率低下，系统发热严重，这将影响设备寿命，同时使隧道施工环境恶化。采用负载敏感技术的节能型盾构管片拼装定位电液控制系统是提高拼装系统效率的有效途径，可以实现系统压力的适应性控制，减少系统的节流和溢流损失。通常隧道由十几万块甚至几十万块管片拼装而成，因此提高拼装系统工作效率在盾构施工过程中节能效果十分显。
发明内容
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，本发明提供了一种采用负载敏感技术的盾构管片拼装定位电液控制系统，既可以实现管片拼装定位准确控制，又可以实现全系统负载敏感控制，极大地降低能量损失，提高系统寿命，改善施工环境。
本发明解决技术问题所采用的技术方案包括：
一种采用负载敏感技术的盾构管片拼装定位电液控制系统包括：电机、变量泵、二位三通比例换向阀、变量缸、第一溢流阀、减压阀、第一压力补偿阀、第二压力补偿阀、第三压力补偿阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第一多路阀、第二多路阀、第三多路阀、第一平衡阀、第二平衡阀、第三平衡阀、第四平衡阀、第二溢流阀、第三溢流阀、液压马达、力矩转速传感器、第一液压缸、第二液压缸、第一位移传感器、第二位移传感器、第三液压缸、液压锁、第三位移传感器、高压油管、低压油管、回油管；电机与变量泵刚性连接；变量泵的吸油口S与油箱连通，变量泵的出油口P分别与第一溢流阀的进油口P5、减压阀的进油口P6、高压油管、变量缸的进油口A4连通；变量缸的出油口A5与二位三通比例换向阀进油口P3连通；二位三通比例换向阀出油口B3与变量缸的进油口B4连通，二位三通比例换向阀回油口T3与油箱连通；第一溢流阀的出油口T5与油箱连通；减压阀的出油口T6与第一多路阀的先导油口x1、第一多路阀的先导油口x2、第二多路阀的先导油口x5、第二多路阀的先导油口x6、第三多路阀的先导油口x9、第三多路阀的先导油口x10连通；高压油管分别与第一压力补偿阀的进油口P7、第二压力补偿阀的进油口P12、第三压力补偿阀的进油口P13连通；第一压力补偿阀的出油口T7、第二压力补偿阀的出油口T12、第三压力补偿阀的出油口T13分别与第一单向阀的进油口P8、第二单向阀的进油口P14、第三单向阀的进油口P15连通，第一单向阀的出油口T8与第一多路阀的进油口P10和第一压力补偿阀的左控制油口x3连通，第二单向阀的出油口T14与第二多路阀的进油口P16和第二压力补偿阀的左控制油口x7连通，第三单向阀的出油口T15与第三多路阀的进油口P17和第三压力补偿阀的左控制油口x11连通；第一多路阀的回油口T10a、第一多路阀的回油口T10b、第二多路阀的回油口T16a、第二多路阀的回油口T16b、第三多路阀的回油口T17a、第三多路阀的回油口T17b分别与低压油管连通，低压油管通过回油管与油箱连通；第一多路阀的出油口B10a和第一多路阀的出油口A10b连接在一起与第一压力补偿阀的右控制油口x4连通，第一多路阀的出油口B10和第一多路阀的出油口A10分别与第一平衡阀11.1的进油口P11和第二平衡阀的进油口P21连通；第二多路阀的出油口B16a和第二多路阀的出油口A16b连接在一起与第二压力补偿阀的右控制油口x8连通，第二多路阀的出油口B16和第二多路阀的出油口A16分别与第三平衡阀的进油口P22和第四平衡阀的进油口P23连通；第三多路阀的出油口B17a和A17b连接在一起与第三压力补偿阀的右控制油口x12连通，第三多路阀的出油口B17和第三多路阀的出油口A17分别与液压锁的进油口P18和液压锁的进油口P19连通；第一平衡阀的出油口T11与第二平衡阀的控制油口x14、第二溢流阀的进油口P24、第三溢流阀的出油口T25、液压马达的工作油口A13连通；第二平衡阀的出油口T21与第一平衡阀的控制油口x13、第二溢流阀的出油口T24、第三溢流阀的进油口P25、液压马达的工作油口B13连通；第三平衡阀的出油口T22与第四平衡阀的控制油口x16、第一液压缸的无杆腔油口、第二液压缸的无杆腔油口连通，第四平衡阀出油口T23与第三平衡阀的控制油口x15、第一液压缸有杆腔油口、第二液压缸有杆腔油口连通；液压锁的出油口T18与第三液压缸无杆腔油口连通，液压锁的出油口T19与第三液压缸的有杆腔油口连通；力矩转速传感器固定安装在液压马达的输出轴上；第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器的壳体和伸出杆分别固定在第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸的缸体和活塞杆上，第一压力传感器与第一多路阀出油口B10a和第一多路阀出油口A10b连通，第二压力传感器与第二多路阀出油口B16a和第二多路阀出油口A16b连通，第三压力传感器与第三多路阀出油口B17a和第三多路阀出油口A17b连通，第四压力传感器安装变量泵的出油口P处油管上。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
1）系统中液压马达和液压缸分别装有力矩转速传感器和位移传感器，可以实现旋转运动、径向伸缩运动和水平滑移运动的闭环控制，实现管片拼装定位精确控制，提高隧道施工质量。
2）采用带有压力补偿阀的多路阀作为马达和液压缸的控制元件可以获得良好的压力流量特性，减少阀控制信号和输出流量之间的非线性，降低控制难度，提高拼装运动控制精度。
3）采用负载敏感技术，使得变量泵的输出压力随负载变化而改变，极大地减少了系统节流损失和溢流损失，提高了系统效率，在长距离隧道施工过程中节能效果突出。
附图说明
附图是本发明具体实施的原理示意图。
图中：1.电机，2.变量泵，3. 二位三通比例换向阀，4. 变量缸，5.第一溢流，6.减压阀，7.1.第一压力补偿阀，7.2.第二压力补偿阀，7.3. 第三压力补偿阀，8.1. 第一单向阀，8.2. 第二单向阀，8.3.第三单向阀，9.1.第一压力传感器，9.2.第二压力传感器，9.3. 第三压力传感器，10.1.第一多路阀，10.2.第二多路阀，10.3. 第三多路阀，11.1.第一平衡阀，11.2.第二平衡阀，11.3.第三平衡阀，11.4.第四平衡阀，12.1.第二溢流阀，12.2.第三溢流阀，13.液压马达，14.力矩转速传感器，15.1.第一液压缸，15.2.第二液压缸， 16.1.第一位移传感器，16.2.第二位移传感器17.第三液压缸，18.液压锁，19.第三位移传感器，20.高压油管，21.低压油管，22.回油管。
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，一种采用负载敏感技术的盾构管片拼装定位电液控制系统包括：电机1、变量泵2、二位三通比例换向阀3、变量缸4、第一溢流阀5、减压阀6、第一压力补偿阀7.1、第二压力补偿阀7.2、第三压力补偿阀7.3、第一单向阀8.1、第二单向阀8.2、第三单向阀8.3、第一压力传感器9.1、第二压力传感器9.2、第三压力传感器9.3、第四压力传感器9.4、第一多路阀10.1、第二多路阀10.2、第三多路阀10.3、第一平衡阀11.1、第二平衡阀11.2、第三平衡阀11.3、第四平衡阀11.4、第二溢流阀12.1、第三溢流阀12.2、液压马达13、力矩转速传感器14、第一液压缸15.1、第二液压缸15.2、第一位移传感器16.1、第二位移传感器16.2、第三液压缸17、液压锁18、第三位移传感器19、高压油管20、低压油管21、回油管22；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分别与第一溢流阀5的进油口P5、减压阀6的进油口P6、高压油管20、变量缸4的进油口A4连通；变量缸4的出油口A5与二位三通比例换向阀3进油口P3连通；二位三通比例换向阀3出油口B3与变量缸4的进油口B4连通，二位三通比例换向阀3回油口T3与油箱连通；第一溢流阀5的出油口T5与油箱连通；减压阀6的出油口T6与第一多路阀10.1的先导油口x1、第一多路阀10.1的先导油口x2、第二多路阀10.2的先导油口x5、第二多路阀10.2的先导油口x6、第三多路阀10.3的先导油口x9、第三多路阀10.3的先导油口x10连通；高压油管20分别与第一压力补偿阀7.1的进油口P7、第二压力补偿阀7.2的进油口P12、第三压力补偿阀7.3的进油口P13连通；第一压力补偿阀7.1的出油口T7、第二压力补偿阀7.2的出油口T12、第三压力补偿阀7.3的出油口T13分别与第一单向阀8.1的进油口P8、第二单向阀8.2的进油口P14、第三单向阀8.3的进油口P15连通，第一单向阀8.1的出油口T8与第一多路阀10.1的进油口P10和第一压力补偿阀7.1的左控制油口x3连通，第二单向阀8.2的出油口T14与第二多路阀10.2的进油口P16和第二压力补偿阀7.2的左控制油口x7连通，第三单向阀8.3的出油口T15与第三多路阀10.3的进油口P17和第三压力补偿阀7.3的左控制油口x11连通；第一多路阀10.1的回油口T10a、第一多路阀10.1的回油口T10b、第二多路阀10.2的回油口T16a、第二多路阀10.2的回油口T16b、第三多路阀10.3的回油口T17a、第三多路阀10.3的回油口T17b分别与低压油管21连通，低压油管21通过回油管22与油箱连通；第一多路阀10.1的出油口B10a和第一多路阀10.1的出油口A10b连接在一起与第一压力补偿阀7.1的右控制油口x4连通，第一多路阀10.1的出油口B10和第一多路阀10.1的出油口A10分别与第一平衡阀11.1的进油口P11和第二平衡阀的进油口P21连通；第二多路阀10.2的出油口B16a和第二多路阀10.2的出油口A16b连接在一起与第二压力补偿阀7.2的右控制油口x8连通，第二多路阀10.2的出油口B16和第二多路阀10.2的出油口A16分别与第三平衡阀11.3的进油口P22和第四平衡阀11.4的进油口P23连通；第三多路阀10.3的出油口B17a和A17b连接在一起与第三压力补偿阀7.3的右控制油口x12连通，第三多路阀10.3的出油口B17和第三多路阀10.3的出油口A17分别与液压锁18的进油口P18和液压锁18的进油口P19连通；第一平衡阀11.1的出油口T11与第二平衡阀11.2的控制油口x14、第二溢流阀12.1的进油口P24、第三溢流阀12.2的出油口T25、液压马达13的工作油口A13连通；第二平衡阀11.2的出油口T21与第一平衡阀11.1的控制油口x13、第二溢流阀12.1的出油口T24、第三溢流阀12.2的进油口P25、液压马达13的工作油口B13连通；第三平衡阀11.3的出油口T22与第四平衡阀11.4的控制油口x16、第一液压缸15.1的无杆腔油口、第二液压缸15.2的无杆腔油口连通，第四平衡阀11.4出油口T23与第三平衡阀11.3的控制油口x15、第一液压缸15.1有杆腔油口、第二液压缸15.2有杆腔油口连通；液压锁18的出油口T18与第三液压缸17无杆腔油口连通，液压锁18的出油口T19与第三液压缸17的有杆腔油口连通；力矩转速传感器14固定安装在液压马达13的输出轴上；第一位移传感器16.1、第二位移传感器16.2和第三位移传感器19的壳体和伸出杆分别固定在第一液压缸15.1、第二液压缸15.2和第三液压缸17的缸体和活塞杆上，第一压力传感器9.1与第一多路阀10.1出油口B10a和第一多路阀10.1出油口A10b连通，第二压力传感器9.2与第二多路阀10.2出油口B16a和第二多路阀10.2出油口A16b连通，第三压力传感器9.3与第三多路阀10.3出油口B17a和第三多路阀10.3出油口A17b连通，第四压力传感器9.4安装变量泵3的出油口P处油管上。本发明的工作原理如下：
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输出的压力油通过出油口P分别进入变量缸4的进油口A4、溢流阀5的进油口P5、减压阀6的进油口P6和高压油管20。
当驱动管片拼装机旋转的液压马达13顺时针旋转时，马达的工作油口A13为高压油口，工作油口B13为低压油口，此时多路阀10.1的先导阀电磁铁b1得电，从减压阀6的出油口T6流出的系统控制油通过控制油口x2进入多路阀10.1主阀芯下腔，使得多路阀10.1的进油口P10与B10、B10a连通，回油口T10b与A10连通。系统压力油从高压油管20流出进入压力补偿阀7.1的进油口P7，然后从压力补偿阀7.1出油口T7流出进入单向阀8.1的进油口P8，从单向阀8.1的出油口T8流出进入多路阀10.1的进油口P10，通过多路阀10.1的出油口B10进入平衡阀11.1的进油口P11，然后通过平衡阀11.1的出油口T11进入液压马达13的工作油口A13，马达13顺时针转动，液压油通过液压马达13的工作油口B13流出进入平衡阀11.2的出油口T21，然后从平衡阀11.2的进油口P21流出进入多路阀10.1的出油口A10，随后从多路阀10.1的回油口T10b流入低压油管21，低压油管21通过回油管22与油箱连通。马达转动过程中，多路阀10.1的进油口P10与压力补偿阀7.1的控制油口x3连通，多路阀10.1的出油口B10与压力补偿阀7.1的控制油口x4连通，从而在压力补偿阀7.1的作用下使得多路阀10.1的进油口P10与其出油口B10之间的压力差保持一个恒定的值。当马达转动预定角度后，多路阀10.1的先导阀电磁铁b1失电，多路阀10.1工作在中位，多路阀10.1的进油口P10关闭，出油口A10、B10分别与回油口T10b与T10a连通，平衡阀11.1工作在左位，将管片拼装机锁止在目标位置。
当驱动管片拼装机旋转的液压马达13逆时针旋转时，马达的工作油口B13为高压油口，工作油口A13为低压油口，此时多路阀10.1的先导阀电磁铁a1得电，从减压阀6的出油口T6流出的系统控制油通过控制油口x1进入多路阀10.1主阀芯上腔，使得多路阀10.1的进油口P10与A10、A10b连通，回油口T10a与B10连通。系统压力油从高压油管20流出进入压力补偿阀7.1的进油口P7，然后从压力补偿阀7.1出油口T7流出进入单向阀8.1的进油口P8，从单向阀8.1的出油口T8流出进入多路阀10.1的进油口P10，通过多路阀10.1的出油口A10进入平衡阀11.2的进油口P21，然后通过平衡阀11.2的出油口T21进入液压马达13的工作油口B13，马达13逆时针转动，液压油通过液压马达13的工作油口A13流出进入平衡阀11.1的出油口T11，然后从平衡阀11.1的进油口P11流出进入多路阀10.1的出油口B10，随后从多路阀10.1的回油口T10a流入低压油管21，低压油管21通过回油管22与油箱连通。马达转动过程中，多路阀10.1的进油口P10与压力补偿阀7.1的控制油口x3连通，多路阀10.1的出油口B10与压力补偿阀7.1的控制油口x4连通，从而在压力补偿阀7.1的作用下使得多路阀10.1的进油口P10与其出油口B10之间的压力差保持一个恒定的值。当马达转动预定角度后，多路阀10.1的先导阀电磁铁a1失电，多路阀10.1工作在中位，多路阀10.1的进油口P10关闭，出油口A10、B10分别与回油口T10b与T10a连通，平衡阀11.2工作在右位，将管片拼装机锁止在目标位置。
当驱动管片拼装机径向伸缩液压缸15.1、15.2上行时，液压缸15.1、15.2的有杆腔工作油口为高压油口，无杆腔工作油口为低压油口，此时多路阀10.2的先导阀电磁铁a2得电，从减压阀6的出油口T6流出的系统控制油通过控制油口x5进入多路阀10.2主阀芯上腔，使得多路阀10.2的进油口P16与A16、A16b连通，回油口T16a与B16连通。系统压力油从高压油管20流出进入压力补偿阀7.2的进油口P12，然后从压力补偿阀7.2出油口T12流出进入单向阀8.2的进油口P14，从单向阀8.2的出油口T14流出进入多路阀10.2的进油口P16，通过多路阀10.2的出油口A16进入平衡阀11.4的进油口P23，然后通过平衡阀11.4的出油口T23进入液压缸15.1、15.2的有杆腔工作油口，液压缸15.1、15.2向上运动，液压油通过液压缸15.1、15.2无杆腔工作油口流出进入平衡阀11.3的出油口T22，然后从平衡阀11.3的进油口P22流出进入多路阀10.2的出油口B16，随后从多路阀10.2的回油口T16a流入低压油管21，低压油管21通过回油管22与油箱连通。液压缸运动过程中，多路阀10.2的进油口P16与压力补偿阀7.2的控制油口x7连通，多路阀10.2的出油口A16与压力补偿阀7.2的控制油口x8连通，从而在压力补偿阀7.2的作用下使得多路阀10.2的进油口P16与其出油口B16之间的压力差保持一个恒定的值。当液压缸运动到预定位置后，多路阀10.2的先导阀电磁铁a2失电，多路阀10.2工作在中位，多路阀10.2的进油口P16关闭，出油口A16、B16分别与回油口T16b与T16a连通，平衡阀11.4工作在右位，将管片拼装机锁止在目标位置。
当驱动管片拼装机径向伸缩液压缸15.1、15.2下行时，液压缸15.1、15.2的无杆腔工作油口为高压油口，有杆腔工作油口为低压油口，此时多路阀10.2的先导阀电磁铁b2得电，从减压阀6的出油口T6流出的系统控制油通过控制油口x6进入多路阀10.2主阀芯下腔，使得多路阀10.2的进油口P16与B16、B16a连通，回油口T16b与A16连通。系统压力油从高压油管20流出进入压力补偿阀7.2的进油口P12，然后从压力补偿阀7.2出油口T12流出进入单向阀8.2的进油口P14，从单向阀8.2的出油口T14流出进入多路阀10.2的进油口P16，通过多路阀10.2的出油口B16进入平衡阀11.3的进油口P22，然后通过平衡阀11.3的出油口T22进入液压缸15.1、15.2的无杆腔工作油口，液压缸15.1、15.2向下运动，液压油通过液压缸15.1、15.2有杆腔工作油口流出进入平衡阀11.4的出油口T23，然后从平衡阀11.4的进油口P23流出进入多路阀10.2的出油口A16，随后从多路阀10.2的回油口T16b流入低压油管21，低压油管21通过回油管22与油箱连通。液压缸运动过程中，多路阀10.2的进油口P16与压力补偿阀7.2的控制油口x7连通，多路阀10.2的出油口B16与压力补偿阀7.2的控制油口x8连通，从而在压力补偿阀7.2的作用下使得多路阀10.2的进油口P16与其出油口B16之间的压力差保持一个恒定的值。当液压缸运动到预定位置后，多路阀10.2的先导阀电磁铁b2失电，多路阀10.2工作在中位，多路阀10.2的进油口P16关闭，出油口A16、B16分别与回油口T16b与T16a连通，平衡阀11.3工作在左位，将管片拼装机锁止在目标位置。
当驱动管片拼装机水平滑移的液压缸17右行时，液压缸17的无杆腔工作油口为高压油口，有杆腔工作油口为低压油口，此时多路阀10.3的先导阀电磁铁b3得电，从减压阀6的出油口T6流出的系统控制油通过控制油口x10进入多路阀10.3主阀芯下腔，使得多路阀10.3的进油口P17与B17、B17a连通，回油口T17b与A17连通。系统压力油从高压油管20流出进入压力补偿阀7.3的进油口P13，然后从压力补偿阀7.3出油口T13流出进入单向阀8.3的进油口P15，从单向阀8.3的出油口T15流出进入多路阀10.3的进油口P17，通过多路阀10.3的出油口B17进入液压锁18的进油口P18，然后通过液压锁18的出油口T18进入液压缸17的无杆腔工作油口，液压缸17向右运动，液压油通过液压缸17有杆腔工作油口流出进入液压锁18的出油口T19，然后从液压锁18的进油口P19流出进入多路阀10.3的出油口A17，随后从多路阀10.3的回油口T17b流入低压油管21，低压油管21通过回油管22与油箱连通。液压缸运动过程中，多路阀10.3的进油口P17与压力补偿阀7.3的控制油口x11连通，多路阀10.3的出油口B17与压力补偿阀7.3的控制油口x12连通，从而在压力补偿阀7.3的作用下使得多路阀10.3的进油口P17与其出油口B17之间的压力差保持一个恒定的值。当液压缸运动到预定位置后，多路阀10.3的先导阀电磁铁b3失电，多路阀10.3工作在中位，多路阀10.3的进油口P17关闭，出油口A17、B17分别与回油口T17b与T17a连通，液压锁18左右两路关闭，将管片拼装机锁止在目标位置。
当驱动管片拼装机水平滑移的液压缸17左行时，液压缸17的有杆腔工作油口为高压油口，无杆腔工作油口为低压油口，此时多路阀10.3的先导阀电磁铁a3得电，从减压阀6的出油口T6流出的系统控制油通过控制油口x9进入多路阀10.3主阀芯上腔，使得多路阀10.3的进油口P17与A17、A17b连通，回油口T17a与B17连通。系统压力油从高压油管20流出进入压力补偿阀7.3的进油口P13，然后从压力补偿阀7.3出油口T13流出进入单向阀8.3的进油口P15，从单向阀8.3的出油口T15流出进入多路阀10.3的进油口P17，通过多路阀10.3的出油口A17进入液压锁18的进油口P19，然后通过液压锁18的出油口T19进入液压缸17的有杆腔工作油口，液压缸17向左运动，液压油通过液压缸17无杆腔工作油口流出进入液压锁18的出油口T18，然后从液压锁18的进油口P18流出进入多路阀10.3的出油口B17，随后从多路阀10.3的回油口T17a流入低压油管21，低压油管21通过回油管22与油箱连通。液压缸运动过程中，多路阀10.3的进油口P17与压力补偿阀7.3的控制油口x11连通，多路阀10.3的出油口A17与压力补偿阀7.3的控制油口x12连通，从而在压力补偿阀7.3的作用下使得多路阀10.3的进油口P17与其出油口A17之间的压力差保持一个恒定的值。当液压缸运动到预定位置后，多路阀10.3的先导阀电磁铁a3失电，多路阀10.3工作在中位，多路阀10.3的进油口P17关闭，出油口A17、B17分别与回油口T17b与T17a连通，液压锁18左右两路关闭，将管片拼装机锁止在目标位置。
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，溢流阀5开启，变量泵2出油口P流出的油液经溢流阀5的进油口P5流进溢流阀5，从溢流阀5的出油口T5流回油箱，实现卸荷。在管片转动过程中，由于转动惯量较大，在转动起动和停止过程中产生的压力冲击通过溢流阀12.1、12.2消除，当冲击压力大于溢流阀12.1和12.1的设定值时，马达13工作油口A13处的压力冲击通过溢流阀12.1的进油口P24进入溢流阀12.1，然后压力油通过12.1的出油口进入马达油口B13和平衡阀11.1出油口T21间的低压管道，完成压力释放；马达13工作油口B13处的压力冲击通过溢流阀12.2的进油口P25进入溢流阀12.2，然后压力油通过12.2的出油口进入马达油口A13和平衡阀11.2出油口T11间的低压管道，完成压力释放。
管片拼装定位过程中，系统负载是随工作状态的变化而改变的。当管片拼装机旋转运动时，在旋转角度从0°到90°过程中，负载力矩随旋转角度的增加逐渐增大，经历从0到最大负载力矩的变化，在旋转角度从90°到180°过程中，负载力矩随旋转角度的减小逐渐减小，经历从最大负载力矩到0的变化；另外，管片拼装机分别进行旋转运动、径向伸缩运动和水平滑移三种运动时，负载压力也各不相同，旋转运动和径向伸缩运动的负载要远大于水平滑移的负载，采用负载敏感技术的盾构管片拼装定位电液控制系统可以实现系统供油压力随负载实时变化，使变量泵输出压力始终与负载压力相匹配。具体控制措施是：
计算机控制单元控制变量泵排量实现负载敏感的工作过程为：计算机控制单元输出控制信号，控制信号经D/A转换后传递给二位三通比例换向阀3的比例放大器，放大后的控制信号传递给二位三通比例换向阀3的比例电磁铁，比例电磁铁的输入信号越大则二位三通比例换向阀3输出油口B3的压力越高，从而使得变量缸4的无杆腔压力越高，变量缸向左移动位移越大，泵的排量越大；反之，若计算机控制单元的输出信号越小则变量泵的排量越小。I.管片拼装机进行回转运动:安装在系统主油路上的压力传感器9.4实时检测变量泵2输出液压油压力；与多路阀10.1工作油口A10b和B10a连通的压力传感器9.1实时检测液压马达13转动时的负载压力。压力传感器9.1和9.4测得的马达工作压力信号和系统主油路压力信号经过A/D转换后传递给计算机控制单元，计算机控制单元计算系统主油路压力与马达工作压力的差值，将得到的实际压力差与设定压力差进行比较，当由于负载压力减小使实际压力差大于设定压力差时，减小计算机控制单元输出信号，从而减小泵的排量，使泵的输出流量减小，系统主回路的压力降低，直至实际压力差与设定压力差相等；反之，当由于负载压力的增加使实际压力差小于设定压力差时，则增大计算机控制单元输出信号，使变量缸向左运动，从而增大泵的排量，使泵的输出流量变大，提高系统主回路的压力，直至实际压力差等于设定压力差。此为管片拼装回转系统负载敏感控制过程。II.管片拼装机进行径向伸缩运动:安装在系统主油路上的压力传感器9.4实时检测变量泵2输出液压油压力；与多路阀10.2工作油口A16b和B16a连通的压力传感器9.2实时检测液压缸15.1、15.2运动时的负载压力。压力传感器9.2和9.4测得的液压缸工作压力信号和系统主油路压力信号经过A/D转换后传递给计算机控制单元，计算机控制单元计算系统主油路压力与液压缸工作压力的差值，将得到的实际压力差与设定压力差进行比较，当由于负载压力减小使实际压力差大于设定压力差时，减小计算机控制单元输出信号，从而减小泵的排量，使泵的输出流量减小，系统主回路的压力降低，直至实际压力差与设定压力差相等；反之，当由于负载压力的增加使实际压力差小于设定压力差时，则增大计算机控制单元输出信号，使变量缸向左运动，从而增大泵的排量，使泵的输出流量变大，提高系统主回路的压力，直至实际压力差等于设定压力差。此为管片拼装径向伸缩系统负载敏感控制过程。III.管片拼装机进行水平滑移运动:安装在系统主油路上的压力传感器9.4实时检测变量泵2输出液压油压力；与多路阀10.3工作油口A17b和B17a连通的压力传感器9.3实时检测液压缸17运动时的负载压力。压力传感器9.3和9.4测得的液压缸工作压力信号和系统主油路压力信号经过A/D转换后传递给计算机控制单元，计算机控制单元计算系统主油路压力与液压缸工作压力的差值，将得到的实际压力差与设定压力差进行比较，当由于负载压力减小使实际压力差大于设定压力差时，减小计算机控制单元输出信号，从而减小泵的排量，使泵的输出流量减小，系统主回路的压力降低，直至实际压力差与设定压力差相等；反之，当由于负载压力的增加使实际压力差小于设定压力差时，则增大计算机控制单元输出信号，使变量缸向左运动，从而增大泵的排量，使泵的输出流量变大，提高系统主回路的压力，直至实际压力差等于设定压力差。此为管片拼装水平滑移系统负载敏感控制过程。
经过以上三个系统的负载敏感控制，使得泵输出压力始终与负载压力相适应，二者之产生并保持一个合理的差值，既防止系统流量过小导致影响运动控制，又能防止系统流量过大导致大量的溢流损失。
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力要求的保护范围内，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 (1)
1.一种采用负载敏感技术的盾构管片拼装定位电液控制系统，其特征在于包括：电机（1）、变量泵（2）、二位三通比例换向阀（3）、变量缸（4）、第一溢流阀（5）、减压阀（6）、第一压力补偿阀（7.1）、第二压力补偿阀（7.2）、第三压力补偿阀（7.3）、第一单向阀（8.1）、第二单向阀（8.2）、第三单向阀（8.3）、第一压力传感器（9.1）、第二压力传感器（9.2）、第三压力传感器（9.3）、第四压力传感器（9.4）、第一多路阀（10.1）、第二多路阀（10.2）、第三多路阀（10.3）、第一平衡阀（11.1）、第二平衡阀（11.2）、第三平衡阀（11.3）、第四平衡阀（11.4）、第二溢流阀（12.1）、第三溢流阀（12.2）、液压马达（13）、力矩转速传感器（14）、第一液压缸（15.1）、第二液压缸（15.2）、第一位移传感器（16.1）、第二位移传感器（16.2）、第三液压缸（17）、液压锁（18）、第三位移传感器（19）、高压油管（20）、低压油管（21）、回油管（22）；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分别与第一溢流阀（5）的进油口P5、减压阀（6）的进油口P6、高压油管（20）、变量缸（4）的进油口A4连通；变量缸（4）的出油口A5与二位三通比例换向阀（3）进油口P3连通；二位三通比例换向阀（3）出油口B3与变量缸（4）的进油口B4连通，二位三通比例换向阀（3）回油口T3与油箱连通；第一溢流阀（5）的出油口T5与油箱连通；减压阀（6）的出油口T6与第一多路阀（10.1）的先导油口x1、第一多路阀（10.1）的先导油口x2、第二多路阀（10.2）的先导油口x5、第二多路阀（10.2）的先导油口x6、第三多路阀（10.3）的先导油口x9、第三多路阀（10.3）的先导油口x10连通；高压油管（20）分别与第一压力补偿阀（7.1）的进油口P7、第二压力补偿阀（7.2）的进油口P12、第三压力补偿阀（7.3）的进油口P13连通；第一压力补偿阀（7.1）的出油口T7、第二压力补偿阀（7.2）的出油口T12、第三压力补偿阀（7.3）的出油口T13分别与第一单向阀（8.1）的进油口P8、第二单向阀（8.2）的进油口P14、第三单向阀（8.3）的进油口P15连通，第一单向阀（8.1）的出油口T8与第一多路阀（10.1）的进油口P10和第一压力补偿阀（7.1）的左控制油口x3连通，第二单向阀（8.2）的出油口T14与第二多路阀（10.2）的进油口P16和第二压力补偿阀（7.2）的左控制油口x7连通，第三单向阀（8.3）的出油口T15与第三多路阀（10.3）的进油口P17和第三压力补偿阀（7.3）的左控制油口x11连通；第一多路阀（10.1）的回油口T10a、第一多路阀（10.1）的回油口T10b、第二多路阀（10.2）的回油口T16a、第二多路阀（10.2）的回油口T16b、第三多路阀（10.3）的回油口T17a、第三多路阀（10.3）的回油口T17b分别与低压油管（21）连通，低压油管（21）通过回油管（22）与油箱连通；第一多路阀（10.1）的出油口B10a和第一多路阀（10.1）的出油口A10b连接在一起与第一压力补偿阀（7.1）的右控制油口x4连通，第一多路阀（10.1）的出油口B10和第一多路阀（10.1）的出油口A10分别与第一平衡阀(11.1)的进油口P11和第二平衡阀的进油口P21连通；第二多路阀（10.2）的出油口B16a和第二多路阀（10.2）的出油口A16b连接在一起与第二压力补偿阀（7.2）的右控制油口x8连通，第二多路阀（10.2）的出油口B16和第二多路阀（10.2）的出油口A16分别与第三平衡阀（11.3）的进油口P22和第四平衡阀（11.4）的进油口P23连通；第三多路阀（10.3）的出油口B17a和A17b连接在一起与第三压力补偿阀（7.3）的右控制油口x12连通，第三多路阀（10.3）的出油口B17和第三多路阀（10.3）的出油口A17分别与液压锁（18）的进油口P18和液压锁（18）的进油口P19连通；第一平衡阀（11.1）的出油口T11与第二平衡阀（11.2）的控制油口x14、第二溢流阀（12.1）的进油口P24、第三溢流阀（12.2）的出油口T25、液压马达（13）的工作油口A13连通；第二平衡阀（11.2）的出油口T21与第一平衡阀（11.1）的控制油口x13、第二溢流阀（12.1）的出油口T24、第三溢流阀（12.2）的进油口P25、液压马达（13）的工作油口B13连通；第三平衡阀（11.3）的出油口T22与第四平衡阀（11.4）的控制油口x16、第一液压缸（15.1）的无杆腔油口、第二液压缸（15.2）的无杆腔油口连通，第四平衡阀（11.4）出油口T23与第三平衡阀（11.3）的控制油口x15、第一液压缸（15.1）有杆腔油口、第二液压缸（15.2）有杆腔油口连通；液压锁（18）的出油口T18与第三液压缸（17）无杆腔油口连通，液压锁（18）的出油口T19与第三液压缸（17）的有杆腔油口连通；力矩转速传感器（14）固定安装在液压马达（13）的输出轴上；第一位移传感器（16.1）、第二位移传感器（16.2）和第三位移传感器（19）的壳体和伸出杆分别固定在第一液压缸（15.1）、第二液压缸（15.2）和第三液压缸（17）的缸体和活塞杆上，第一压力传感器（9.1）与第一多路阀（10.1）出油口B10a和第一多路阀（10.1）出油口A10b连通，第二压力传感器（9.2）与第二多路阀（10.2）出油口B16a和第二多路阀（10.2）出油口A16b连通，第三压力传感器（9.3）与第三多路阀（10.3）出油口B17a和第三多路阀（10.3）出油口A17b连通，第四压力传感器（9.4）安装变量泵（3）的出油口P处油管上。
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