CN104033154B - 双模式切换的tbm推进液压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双模式切换的TBM推进液压系统。包括油源，两个结构相同的推进模块和实现模式切换的两位四通电磁换向阀。双模式中的四个推进缸共同控制方式，在直线隧洞开挖工况时控制容易，解决了长时间分组控制带来的控制复杂问题，四个油缸出力大小相等，严格地保证了合力沿主梁方向，消除了单独控制带来的偏离预定轨迹的误差；双模式中的左右模块分组控制方式，大幅度降低了TBM在隧洞弯道处，以及调向时的内力，使合力沿主梁方向，解决了油缸推进力不平衡带来的TBM机构件和液压元件的损伤问题以及隧道偏离预定曲线的问题。
Description
技术领域
本发明涉及TBM推进液压系统，尤其涉及实现四个液压缸共同控制与分组控制的一种双模式切换TBM推进液压系统。
背景技术
硬岩隧道掘进机（TunnelBoringMachine，简称TBM）。TBM采用机械式破岩，通过推进系统使刀盘压紧岩石，刀盘在变频电机或液压马达的驱动下旋转，岩石在刀盘上的刀具挤压作用下破碎，从而使隧道一次成型。TBM是集隧道施工的开挖、出碴、通风除尘、敷设隧道轨线以及风水电延伸于一体，具有快速、优质、安全、环保等施工特点,实现长大隧道施工的工厂化作业的大型机械装备。
开敞式TBM广泛用于硬岩地质条件，其中水平支撑的TBM更具代表性，应用也更加广泛。TBM推进系统主要在刀盘破岩过程中提供推力，在刀盘后退时提供拉力，在换步过程中实现推进缸快速收回。
目前的TBM推进系统，由四个液压缸一起提供推力，且四个液压缸并联共同控制，因此四个推进液压缸出力相同，在实际施工中，尤其在弯道处由于四个液压缸出力相同，使得合力不沿主梁方向，容易发生十字销轴损坏，鞍架与主梁间的轨道损坏严重，主梁焊缝断裂，所开挖的隧道偏离预定曲线，液压推进系统内部产生气穴以及局部超高压等危害液压元件的一系列不利现象。因此，目前的TBM推进系统降低了TBM整机的使用寿命和隧道的开挖精度。
发明内容
为克服现有的TBM施工过程中，尤其在曲线隧道开挖过程中的隧道偏离预定曲线，以及TBM机械构件易损伤，推进系统中液压元件易损坏等问题，同时兼顾四个液压缸并联，控制简单，且在直线隧道开挖过程中精度更高的优点，本发明的目的在于提供一种双模式切换的TBM推进液压系统。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括油源，两个结构相同的推进模块和实现模式切换的两位四通电磁换向阀；
每个推进模块包括：比例减压阀、比例节流阀、三位四通电磁换向阀、两个并联的推进油缸、压力表、压力传感器和溢流阀；比例减压阀的进油口与油源中的第二单向阀出油口相连，比例减压阀的出油口与比例节流阀的的进油口相连，比例节流阀的出油口与三位四通电磁换向阀的进油口P9连通，三位四通电磁换向阀的回油口T9与油箱接通，三位四通电磁换向阀第一工作油口A9与两个并联的推进油缸有杆腔接通，第二工作油口B9与两个并联的推进油缸的无杆腔接通，压力表，压力传感器均与推进油缸的无杆腔接通，溢流阀的进油口与推进油缸的无杆腔接通，溢流阀的出油口与油箱接通；
两位四通电磁换向阀与两个结构相同的推进模块的连接关系为：一侧并联的推进油缸的无杆腔与两位四通电磁换向阀的进油口P13接通，两位四通电磁换向阀的第一工作油口A13与另一侧并联的推进油缸的无杆腔接通，一侧并联的推进油缸的有杆腔与两位四通换向阀的回油口T13接通，两位四通换向阀的第二工作油口B13与另一侧并联的推进油缸的有杆腔接通。
所述油源包括：电动机、弹性联轴器、变量泵、过滤器、第一单向阀、第二单向阀、安全阀和油箱；电动机通过弹性联轴器与变量泵固连，变量泵的进油口与油箱相连，变量泵的出油口与过滤器的进油口相连，第一单向阀跨接在过滤器的进油口与过滤器的出油口之间，第二单向阀的进油口与过滤器的出油口接通，第二单向阀的出油口与安全阀的进油口相连，安全阀的出油口与油箱相连。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
1）双模式中的四个推进缸共同控制方式，在直线隧洞开挖工况时控制容易，解决了长时间分组控制带来的控制复杂问题，四个油缸出力大小相等，严格地保证了合力沿主梁方向，消除了单独控制带来的偏离预定轨迹的误差。
2）双模式中的左右模块分组控制方式，大幅度降低了TBM在隧洞弯道处，以及调向时的内力，使合力沿主梁方向，解决了油缸推进力不平衡带来的TBM机构件和液压元件的损伤问题以及隧道偏离预定曲线的问题。
附图说明
图1是双模式切换的TBM推进液压系统结构示意图。
图中：1.电动机，2.弹性联轴器，3.变量泵，4.过滤器，5.第一单向阀，6.第二单向阀，7.比例减压阀，8.比例节流阀，9.三位四通电磁换向阀，10.推进油缸，11.压力表，12.压力传感器，13.二位四通电磁换向阀，14.溢流阀，15.安全阀，16.油箱。
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。
如图1所示，本发明包括油源，两个结构相同的推进模块和实现模式切换的两位四通电磁换向阀13；
每个推进模块包括：比例减压阀7、比例节流阀8、三位四通电磁换向阀9、两个并联的推进油缸10、压力表11、压力传感器12和溢流阀14；比例减压阀7的进油口与油源中的第二单向阀6出油口相连，比例减压阀7的出油口与比例节流阀的8的进油口相连，比例节流阀8的出油口与三位四通电磁换向阀9的进油口P9连通，三位四通电磁换向阀9的回油口T9与油箱接通，三位四通电磁换向阀9第一工作油口A9与两个并联的推进油缸10有杆腔接通，第二工作油口B9与两个并联的推进油缸10的无杆腔接通，压力表11，压力传感器12均与推进油缸10的无杆腔接通，溢流阀14的进油口与推进油缸10的无杆腔接通，溢流阀14的出油口与油箱16接通；
两位四通电磁换向阀13与两个结构相同的推进模块的连接关系为：一侧并联的推进油缸10的无杆腔与两位四通电磁换向阀13的进油口P13接通，两位四通电磁换向阀13的第一工作油口A13与另一侧并联的推进油缸的无杆腔接通，一侧并联的推进油缸的有杆腔与两位四通换向阀13的回油口T13接通，两位四通换向阀的第二工作油口B13与另一侧并联的推进油缸的有杆腔接通。
所述油源包括：电动机1、弹性联轴器2、变量泵3、过滤器4、第一单向阀5、第二单向阀6、安全阀15和油箱16；电动机1通过弹性联轴器2与变量泵3固连，变量泵3的进油口与油箱16相连，变量泵3的出油口与过滤器4的进油口相连，第一单向阀5跨接在过滤器4的进油口与过滤器4的出油口之间，第二单向阀6的进油口与过滤器4的出油口接通，第二单向阀6的出油口与安全阀15的进油口相连，安全阀15的出油口与油箱16相连。
本发明的工作原理如下：
TBM在开挖曲线隧道，或是在直线推进时需要轻微调向时，二位四通换向阀13的电磁铁失电，换向阀13的下位（右位）接入系统，将左右推进模块的油缸分隔开，四个推进油缸分为左右两组，分别控制，其中左推进模块的控制为：电动机1得电启动，通过弹性联轴器2将扭矩传递给变量泵3，变量泵3转动，通过吸油口从油箱吸油，变量泵3泵出的压力油经过过滤器4进入第二单向阀6，与过滤器4并联的第一单向阀5对过滤器4起保护作用，当过滤器4两端压力过高时第一单向阀5开启，从而降低过滤器两端的压力，第二单向阀6对泵起保护作用，防止反向压力油对泵产生冲击。从第二单向阀6流出的压力油进入比例减压阀7的入口，通过对比例减压阀7输入不同的信号，实时调节推进油缸无杆腔的压力。压力油从比例减压阀7的出口进入比例节流阀8的进口，通过比例节流阀8对通入推进油缸无杆腔的流量进行控制，从而控制推进速度。从比例节流阀8流出的压力油进入三位四通电磁换向阀9，当三位四通电磁换向阀9右侧电磁铁得电时，三位四通电磁换向阀9右位接入系统，压力油直接进入推进油缸10无杆腔，推进油缸10的活塞杆伸出，推进刀盘前进，当三位四通电磁换向阀9左侧电磁铁得电时，三位四通电磁换向阀9的左位接入系统，压力油进入推进油缸10的有杆腔，使刀盘后退或完成换步过程。压力表11接在推进油缸10的无杆腔，显示推进缸10无杆腔的压力。压力传感器12同样接在推进油缸10的无杆腔，并将压力信号传回给控制系统。溢流阀14接在推进油缸10的无杆腔，限制无杆腔的最高工作压力，起安全作用。右推进模块的控制如前面所述的左推进模块的控制过程，通过调节左右推进模块各自的比例减压阀，使左右推进缸的合力沿主梁方向，从而消除由于共同控制带来的内力问题，减轻对TBM构件的损伤，提高隧道的开挖精度。
TBM在直线推进时，二位四通电磁换向阀13的电磁铁得电，二位四通电磁换向阀13的上位（左位）接入系统，实现四个油缸的并联，四个油缸共用左推进模块的比例减压阀7，比例节流阀8，三位四通电磁换向阀9实现共同控制，具体方法与前面所述的分组控制中的左推进模块的单独控制方法相同，这样解决了占大多数时间的直线推进工况控制复杂的问题以及由于控制误差带来的开挖轨迹偏离预定曲线的问题。
Claims (2)
1.一种双模式切换的TBM推进液压系统，其特征在于：包括油源，两个结构相同的推进模块和实现推进模式切换的两位四通电磁换向阀（13）；
每个推进模块包括：比例减压阀（7）、比例节流阀（8）、三位四通电磁换向阀（9）、两个并联的推进油缸（10）、压力表（11）、压力传感器（12）和溢流阀（14）；比例减压阀（7）的进油口与油源中的第二单向阀（6）出油口相连，比例减压阀（7）的出油口与比例节流阀（8）的进油口相连，比例节流阀（8）的出油口与三位四通电磁换向阀（9）的进油口P9连通，三位四通电磁换向阀（9）的回油口T9与油箱接通，三位四通电磁换向阀（9）第一工作油口A9与两个并联的推进油缸（10）有杆腔接通，第二工作油口B9与两个并联的推进油缸（10）的无杆腔接通，压力表（11），压力传感器（12）均与推进油缸（10）的无杆腔接通，溢流阀（14）的进油口与推进油缸（10）的无杆腔接通，溢流阀（14）的出油口与油箱（16）接通；
两位四通电磁换向阀（13）与两个结构相同的推进模块的连接关系为：一侧并联的推进油缸（10）的无杆腔与两位四通电磁换向阀（13）的进油口P13接通，两位四通电磁换向阀（13）的第一工作油口A13与另一侧并联的推进油缸的无杆腔接通，一侧并联的推进油缸的有杆腔与两位四通换向阀（13）的回油口T13接通，两位四通换向阀的第二工作油口B13与另一侧并联的推进油缸的有杆腔接通。
2.根据权利要求1所述的一种双模式切换的TBM推进液压系统，其特征在于：所述油源包括：电动机（1）、弹性联轴器（2）、变量泵（3）、过滤器（4）、第一单向阀（5）、第二单向阀（6）、安全阀（15）和油箱（16）；电动机（1）通过弹性联轴器（2）与变量泵（3）固连，变量泵（3）的进油口与油箱（16）相连，变量泵（3）的出油口与过滤器（4）的进油口相连，第一单向阀（5）跨接在过滤器（4）的进油口与过滤器（4）的出油口之间，第二单向阀（6）的进油口与过滤器（4）的出油口接通，第二单向阀（6）的出油口与安全阀（15）的进油口相连，安全阀（15）的出油口与油箱（16）相连。
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