CN103291314A

CN103291314A - 抗流量饱和的分区控制节能型盾构推进液压系统

Info

Publication number: CN103291314A
Application number: CN2013102411009A
Authority: CN
Inventors: 龚国芳; 彭雄斌; 吴伟强; 杨华勇; 刘毅; 王林涛
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明公开了一种抗流量饱和的分区控制节能型盾构推进液压系统。每个分区由电机、变量泵、变量缸、两位三通比例换向阀、安全阀、两位两通换向阀、比例流量阀、比例溢流阀、四个可变节流口、四个压力补偿器、四个单向阀、四个三位四通换向阀、四个液压缸、进油管、回油管、补偿压力油管和油箱组成。本发明可应用于盾构推进，各分区采用单独油源，用小排量泵代替大排量泵，分区间既能独立控制，又能协调控制。各区液压油源只需输出与工作压力相适应的压力油。分区内采用抗流量饱和设计，分区内各液压缸始终处于最佳工作状态，具有很好的节能效果。

Description

抗流量饱和的分区控制节能型盾构推进液压系统

技术领域

本发明涉及流体压力执行机构，尤其涉及一种抗流量饱和的分区控制节能型盾构推进液压系统。

背景技术

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，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。

盾构掘进机的推进系统为盾构前进提供推进力，承担着盾构掘进的核心任务。土质地层及其水土压力的复杂多边形，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很高的控制要求。同时，盾构掘进也是一种典型的大功率、大负载工况，因此其装机功率巨大。在能耗如此大的系统中，工作效率对系统性能而言是一个非常重要的影响因素。

在传统盾构掘进机中，通常推进系统将沿盾构周向分布的液压缸实施分区，采用液压阀对统一油源进行压力流量调控来实现控制目标。而在实际掘进过程中，由于周向上各个分区所承受的负载不同，油源必须根据最高负载分区来供油，造成其他分区效率低下。最终造成系统整体效率降低，不仅浪费能量、影响设备寿命，而且恶化了施工环境，带来诸多不利因素。CN101408107B公布了一种采用分区控制的节能型盾构推进液压系统，针对统一油源阀控的传统方法，提出了分区控制，各分区单独供油的方法，实现了整体效率的提高。但是对于分区内部各液压缸工作不同步、效率低下的问题，没有提出相应的解决方案。

发明内容

为了克服现有的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了一种抗流量饱和的分区控制节能型盾构推进液压系统，既可以解决推进力与推进速度的实时联系控制，增加推进系统协调控制的灵活性，同时也解决了推进系统中分区间和分区内液压缸工作效率低的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

抗流量饱和的分区控制节能型盾构推进液压系统包括分区油源和并联放置的4个均匀分布分区内液压缸，分区油源包括：电动机、变量泵、变量缸、两位三通比例换向阀、安全阀、两位两通换向阀、比例流量阀、比例溢流阀、进油管、回油管、补偿压力油管和油箱；每个分区内液压缸包括：可变节流口、压力补偿器、单向阀、三位四通换向阀、液压缸；分区油源与其中一个分区内液压缸的连接关系为：电动机与变量泵刚性连接，变量泵的吸油口与油箱连通；变量泵的出油口与变量缸的第二油口、安全阀的进油口、两位两通换向阀的第一油口、比例流量阀的进油口相连，变量缸的第一油口与二位三通比例换向阀的第一油口相连，二位三通比例换向阀的第二油口与油箱相连，二位三通比例换向阀的第三油口与补偿油管相连，安全阀的回油口与油箱相连，两位两通换向阀的第二油口、比例流量阀的回油口、比例溢流阀的进油口、可变节流口的进油口与进油管相连，可变节流口的回油口、压力补偿器的进油口与压力补偿器的无弹簧腔相连，压力补偿器的回油口、单向阀的进油口与三位四通换向阀的第一油口相连，压力补偿器的有弹簧腔、单向阀的回油口与补偿压力管相连，三位四通换向阀的第二油口与液压缸的第一油口相连，三位四通换向阀的第三油口与液压缸的第二油口相连，三位四通换向阀的第四油口与回油管相连，回油管与油箱相连，其它三个分区内液压缸与分区油源的连接关系同上。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

1）分区间协调控制，增加系统灵活性。

2）分区内有单独油源，根据区内最高负载液压缸，实时调整分区内油源压力和流量，实现分区压力自适应。同时，区内某一液压缸在外界干扰产生压力或流量变化时，区内其他液压缸将自发进行相应的流量压力调整，使推进系统各液压缸都处于最佳工作状态，减少能量损失。

附图说明

图1是抗流量饱和的分区控制节能型盾构推进液压系统结构示意图；

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。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

抗流量饱和的分区控制节能型盾构推进液压系统包括分区油源和并联放置的4个均匀分布分区内液压缸，分区油源包括：电动机1、变量泵2、变量缸3、两位三通比例换向阀4、安全阀5、两位两通换向阀6、比例流量阀7、比例溢流阀8、进油管14、回油管15、补偿压力油管16和油箱17；每个分区内液压缸包括：可变节流口9、压力补偿器10、单向阀11、三位四通换向阀12、液压缸13；分区油源与其中一个分区内液压缸的连接关系为：电动机1与变量泵2刚性连接，变量泵2的吸油口S与油箱17连通；变量泵2的出油口P与变量缸3的第二油口B3、安全阀5的进油口P5、两位两通换向阀6的第一油口P6、比例流量阀7的进油口P7相连，变量缸3的第一油口A3与二位三通比例换向阀4的第一油口P4相连，二位三通比例换向阀4的第二油口T4与油箱17相连，二位三通比例换向阀4的第三油口A4与补偿油管16相连，安全阀5的回油口T5与油箱相连，两位两通换向阀6的第二油口T6、比例流量阀7的回油口T7、比例溢流阀8的进油口P8、可变节流口9的进油口P9与进油管14相连，可变节流口9的回油口T9、压力补偿器10的进油口P10与压力补偿器10的无弹簧腔相连，压力补偿器10的回油口T10、单向阀11的进油口P11与三位四通换向阀12的第一油口P12相连，压力补偿器11的有弹簧腔、单向阀11的回油口T11与补偿压力管16相连，三位四通换向阀12的第二油口A12与液压缸13的第一油口P13相连，三位四通换向阀12的第三油口B12与液压缸13的第二油口T13相连，三位四通换向阀12的第四油口T12与回油管15相连，回油管15与油箱17相连，其它三个分区内液压缸与分区油源的连接关系同上。

本发明的工作原理如下：

电动机1得电启动，驱动变量泵2转动，变量泵2通过吸油口S从油箱吸油，变量泵2打出的压力油通过出油口P分别进入变量缸3油口B3、安全阀5的进油口P5、两位两通换向阀6的油口P6以及比例流量阀的油口P7。

盾构向前推进时，两位两通换向阀6失电，泵出口压力油经过比例流量阀7油口P7流进，从比例流量阀7油口T7流出，流向进油管14、二位二通换向阀6油口T6、二位三通比例换向阀4的油口A4、比例溢流阀8油口P8。二位三通比例换向阀4失电，从二位三通比例换向阀4油口P4流出的压力油，经变量缸3油口A3进入变量缸3弹簧缸。从进油管14流出的压力油，经过可变节流口9进油口P9流入，从可变节流口9回油口T9流出。从T9流出的压力油流向单向阀11的进油口P11、三位四通换向阀12油口P12。从单向阀11的出油口T11流出的油进入压力补偿管路16。三位四通换向阀12右端电磁铁得电，压力油经过三位四通换向阀12从油口A12流出，经液压缸13油口P13进入液压缸13无杆腔，推动液压缸前进。回油经过液压缸13油口T13，经三位四通换向阀12油口B12T12进入回油管路15，最后流回油箱17。

压力补偿器10有弹簧腔由压力补偿管路16引入各负载联的最高负载压力，无弹簧腔由可变节流口9引入压力，实现各联可变节流口9两端压力差相同，调整各可变节流口9大小即可确保各联流量相同，保证各负载联精确地同步工作。同时，当泵流量不足时，各负载联会同时降低工作速度，保证各负载联有效工作，达到减少耗能的目的。

变量缸3的油口A3和B3分别与比例流量阀7进油口P7相连，使比例流量阀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，比例流量阀7调节推进速度，比例溢流阀8调节推进压力。

当液压缸实现回退动作时时，两位两通换向阀6得电，经过比例流量阀7被短路，泵出口压力油从两位两通换向阀6流出，流向进油管14二位三通比例换向阀4的油口A4、比例溢流阀8油口P8。二位三通比例换向阀4得电，变量缸3弹簧腔直接与油箱相连，实现卸荷。从进油管14流出的压力油，经过可变节流口9进油口P9流入，从可变节流口9回油口T9流出。从T9流出的压力油流向单向阀11的进油口P11、三位四通换向阀12油口P12。从单向阀11的出油口T11流出的油进入压力补偿管路16。三位四通换向阀12左端电磁铁得电，压力油经过三位四通换向阀12从油口B12流出，经液压缸13油口T13进入液压缸13有杆腔，实现液压缸回退。回油经过液压缸13油口P13，经三位四通换向阀12油口A12T12进入回油管路15，最后流回油箱17。

回退过程中，变量缸3弹簧腔卸荷，变量缸3活塞左移，变量泵2输出流量增大，实现快速回退。比例流量阀7被短路，减少系统的节流损失，达到节能的目的。

当系统压力超过设定安全压力时，安全阀5开启，变量泵2出油口P流出的油液经过安全阀5进油口P5流进安全阀5，从安全阀5的回油口T5流回油箱，实现卸荷。

如图2所示，本推进系统共有16个液压缸，分为A、B、C、D四区，在周向上平均分布，每区四个液压缸。

Claims

1.一种抗流量饱和的分区控制节能型盾构推进液压系统，其特征在于包括分区油源和并联放置的4个均匀分布分区内液压缸，分区油源包括：电动机（1）、变量泵（2）、变量缸（3）、两位三通比例换向阀（4）、安全阀（5）、两位两通换向阀（6）、比例流量阀（7）、比例溢流阀（8）、进油管（14）、回油管（15）、补偿压力油管（16）和油箱（17）；每个分区内液压缸包括：可变节流口（9）、压力补偿器（10）、单向阀（11）、三位四通换向阀（12）、液压缸（13）；分区油源与其中一个分区内液压缸的连接关系为：电动机（1）与变量泵（2）刚性连接，变量泵（2）的吸油口（S）与油箱（17）连通；变量泵（2）的出油口（P）与变量缸（3）的第二油口（B3）、安全阀（5）的进油口（P5）、两位两通换向阀（6）的第一油口（P6）、比例流量阀（7）的进油口（P7）相连，变量缸（3）的第一油口（A3）与二位三通比例换向阀（4）的第一油口（P4）相连，二位三通比例换向阀（4）的第二油口（T4）与油箱（17）相连，二位三通比例换向阀（4）的第三油口（A4）与补偿油管（16）相连，安全阀（5）的回油口（T5）与油箱相连，两位两通换向阀（6）的第二油口（T6）、比例流量阀（7）的回油口（T7）、比例溢流阀（8）的进油口（P8）、可变节流口（9）的进油口（P9）与进油管（14）相连，可变节流口（9）的回油口（T9）、压力补偿器（10）的进油口（P10）与压力补偿器（10）的无弹簧腔相连，压力补偿器（10）的回油口（T10）、单向阀（11）的进油口（P11）与三位四通换向阀（12）的第一油口（P12）相连，压力补偿器（11）的有弹簧腔、单向阀（11）的回油口（T11）与补偿压力管（16）相连，三位四通换向阀（12）的第二油口（A12）与液压缸（13）的第一油口（P13）相连，三位四通换向阀（12）的第三油口（B12）与液压缸（13）的第二油口（T13）相连，三位四通换向阀（12）的第四油口（T12）与回油管（15）相连，回油管（15）与油箱（17）相连，其它三个分区内液压缸与分区油源的连接关系同上。