CN104033430B - 顺应突变载荷的tbm实验台推进液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顺应突变载荷的TBM实验台推进液压系统。包括高低压油源，高低压控制油路和包括四个并联的推进液压缸的进出口油路。高低压控制油路的一端分别与各自的高、低压油源连接，高低压控制油路的另一端分别与四个并联的推进液压缸的有杆腔和无杆腔连接。低压油路控制TBM实验台快速推进和快速复位过程；高压油路控制TBM实验台高压推进和回退过程。正常推进工况下，各推进液压缸可实现比例减压阀控制模式和比例单向节流阀加比例溢流阀控制模式的切换；在比例单向节流阀加比例溢流阀控制模式下，结合连接在推进液压缸无杆腔的蓄能器可以顺应在推进过程中遇到的突变载荷，从而缓冲瞬间的压力冲击，延长系统液压元件的使用寿命。

Description

顺应突变载荷的TBM实验台推进液压系统

技术领域

本发明涉及推进液压系统，尤其涉及一种顺应突变载荷的TBM实验台推进液压系统。

背景技术

硬岩隧道掘进机（TunnelBoringMachine，简称TBM），是一种高智能化，集机、电、液、光、计算机等的隧道施工重大技术工程装备。在发达国家，使用隧道掘进机施工已经占隧道总量的90%以上。随着中国国民经济的快速发展，国内城市化进程不断加快，中国城市地铁隧道、水工隧道、越江隧道和铁路隧道等将需要大量的隧道掘进机。

TBM推进系统主要具备在刀盘破岩时提供高压推力，在刀盘后退时提供后撤力，在空载时实现推进缸快速伸出和换步过程中实现推进缸快速回收等功能。推进系统作为TBM的关键组成部分，最重要的任务就在承载着从刀盘传递来的外界载荷高压推进，由于围岩环境不确定性，当出现大偏载或者突变载荷时，就需要通过推进液压系统中的液压溢流元件、工作介质压缩、液压管道变形等去顺应外界的突变载荷。

实际TBM推进液压系统是一般由减压阀控制模式控制四个推进液压缸，四个缸联动保持同步性；这样的推进液压系统在遇到大偏载或者突变载荷时，不能瞬时大量的溢流，也没有液压元件来缓冲突变载荷造成的波动，所以其顺应突变载荷的能力将较差，推进系统不能很好地消化和衰减外界突变载荷，导致系统受损，液压元件寿命减少。

发明内容

为了克服现有的TBM推进液压系统中不能很好顺应突变载荷和大偏载的问题，同时满足硬岩掘进施工的要求，本发明的目的在于提供了一种顺应突变载荷的TBM实验台推进液压系统，在正常推进工况下，各推进液压缸可实现比例减压阀控制模式和比例单向节流阀加比例溢流阀控制模式的切换；在比例单向节流阀加比例溢流阀控制模式下，实现了推进压力流量复合控制，结合连接在推进液压缸无杆腔的蓄能器可以顺应在推进过程中遇到的突变载荷和大偏载，从而缓冲瞬间的压力冲击，延长系统液压元件的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括高、低压油源，高、低压控制油路和推进液压缸进、出口油路；其中：

高压控制油路，包括：两位三通换向阀、比例减压阀、比例单向节流阀、比例溢流阀、第一单向阀、第二单向阀和第一个三位四通换向阀；两位三通换向阀的A3口经比例单向节流阀后分为两路，一路经第一单向阀和第一三位四通换向阀的P1口连接，另一路经比例溢流阀接油箱，两位三通换向阀的B3口经比例减压阀和第二单向阀后接第一个三位四通换向阀的P1口，第一个三位四通换向阀的T1口、A1口和B1口分别接油箱，四个并联的推进液压缸的无杆腔和四个并联的推进液压缸的有杆腔，第一个三位四通换向阀的B1口经安全阀接油箱，两位三通换向阀的P3口接高压油源。

低压控制油路，包括：节流阀和第二个三位四通换向阀；第二个三位四通换向阀的P2口经节流阀接低压油源油箱，第二个三位四通换向阀的T2口、A2口和B2口分别连接油箱，四个并联的推进液压缸的无杆腔和四个并联的推进液压缸的有杆腔。

推进液压缸进出口油路，包括：四个并联的推进液压缸、蓄能器、高压截止阀、安全阀和压力表；四个推进液压缸的有杆腔并接经安全阀接油箱，四个并联的推进液压缸的无杆腔装有压力表和蓄能器，蓄能器一路经一个高压截止阀连接到推进液压缸的无杆腔，蓄能器另一路通过另一个高压截止阀接油箱。

所述高压油源，包括：油箱、第一电动机、第一弹性联轴器、高压变量泵、第一过滤器和高压安全阀；高压变量泵的进油口接油箱，高压变量泵的出油口经第一过滤器后分为两蛤，一路接两位三通换向阀的P3口，另一路经高压安全阀接油箱，高压变量泵经第一弹性联轴器与第一电动机连接。

所述低压油源，包括：油箱、第二电动机、第二弹性联轴器、低压变量泵、第二过滤器和低压安全阀；低压变量泵的进油口接油箱，低压变量泵的出油口经第二过滤器后分为两路，一路接节流阀，另一路经低压安全阀接油箱，低压变量泵经第二弹性联轴器与第二电动机连接。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

1）在正常推进工况下，各推进液压缸可实现比例减压阀控制模式和比例单向节流阀加比例溢流阀控制模式的切换。

2）在比例单向节流阀加比例溢流阀控制模式下，实现了推进压力流量复合控制，结合连接在推进液压缸无杆腔的蓄能器还可以顺应在推进过程中遇到的突变载荷或大偏载，从而缓冲瞬间的压力冲击，延长系统液压元件的使用寿命。

附图说明

图1是顺应突变载荷的TBM实验台推进液压系统结构示意图。

图中：1、低压安全阀，2、两个电动机，3、两个弹性联轴器，4、低压变量泵，5、两个过滤器，6、高压变量泵，7、高压安全阀，8、两位三通换向阀，9、比例单向节流阀，10、比例溢流阀，11、比例减压阀，12、两个单向阀，13、两个三位四通换向阀，14、四个并联的推进液压缸，15、蓄能器，16、高压截止阀，17、压力表，18、安全阀，19、节流阀，20、油箱。

具体实施方式

下面结合附图1和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明包括高、低压油源，高、低压控制油路和推进液压缸进、出口油路；其中：

高压控制油路，包括：两位三通换向阀8、比例减压阀11、比例单向节流阀9、比例溢流阀10、第一单向阀12、第二单向阀12和第一个三位四通换向阀13；两位三通换向阀8的A3口经比例单向节流阀9后分为两路，一路经第一单向阀12和第一个三位四通换向阀13的P1口连接，另一路经比例溢流阀10接油箱20，两位三通换向阀8的B3口经比例减压阀11和第二单向阀12后接第一个三位四通换向阀13的P1口，第一个三位四通换向阀13的T1口、A1口和B1口分别接油箱20，四个并联的推进液压缸14的无杆腔和四个并联的推进液压缸14的有杆腔，第一个三位四通换向阀13的B1口经安全阀18接油箱20，两位三通换向阀8的P3口接高压油源。

低压控制油路，包括：节流阀19和第二个三位四通换向阀13；第二个三位四通换向阀13的P2口经节流阀19接低压油源，第二个三位四通换向阀13的T2口、A2口和B2口分别连接油箱，四个并联的推进液压缸14的无杆腔和四个并联的推进液压缸14的有杆腔。

推进液压缸进出口油路，包括：四个并联的推进液压缸14、蓄能器15、高压截止阀16、安全阀18和压力表17；四个推进液压缸14的有杆腔并接经安全阀18接油箱20，四个并联的推进液压缸14的无杆腔装有压力表17和蓄能器1，蓄能器1一路经一个高压截止阀16连接到推进液压缸14的无杆腔，蓄能器1另一路通过另一个高压截止阀16接油箱20。

所述高压油源包括：油箱20、第一电动机2、第一弹性联轴器3、高压变量泵6、第一过滤器5和高压安全阀7；高压变量泵6的进油口接油箱20，高压变量泵6的出油口经第一过滤器5后分为两蛤，一路接两位三通换向阀8的P3口，另一路经高压安全阀7接油箱20，高压变量泵6经第一弹性联轴器3与第一电动机2连接。

所述低压油源包括：油箱20、第二电动机2、第二弹性联轴器3、低压变量泵4、第二过滤器5和低压安全阀1；低压变量泵4的进油口接油箱20，低压变量泵4的出油口经第二过滤器5后分为两路，一路接节流阀19，另一路经低压安全阀7接低压油源，低压变量泵4经第二弹性联轴器3与第二电动机2连接。

本发明的工作原理如下：

与低压变量泵4连接的第二电动机2得电，通过第二弹性联轴器3将扭矩传给低压变量泵4，低压变量泵4转动，通过其吸油口从油箱20吸油，打出的压力油经过第二过滤器5后分别进入低压控制油路，低压安全阀1可以在系统压力过高时，溢流回油箱20，保护低压变量泵4。当低压控制油路的三位四通换向阀13左侧电磁铁得电时，其左位接入系统，压力油通过节流阀19后进入推进液压缸14的无杆腔，推动液压缸前进，此时有杆腔内的油可回流到油箱20，通过调节节流阀19的阀口大小就可以实现TBM在空载时的快速推进；当低压控制油路的三位四通换向阀13右侧电磁铁得电时，其右位接入系统，压力油通过节流阀19后进入推进液压缸14的有杆腔，推动液压缸后退，此时无杆腔内的油可回流到油箱20，通过调节节流阀19的阀口大小就可以实现TBM在支撑换步时的推进缸快速复位。

与高压变量泵6连接的第二电动机2得电，通过第二弹性联轴器3将扭矩传给高压变量泵6，高压变量泵6转动，通过其吸油口从油箱20吸油，打出的压力油经过第二过滤器5后分别进入高压控制油路，高压安全阀7可以在系统压力过高时，溢流回油箱20，保护高压变量泵6。当两位三通换向阀8的电磁铁失电，高压控制油路的三位四通换向阀左侧电磁铁得电时，两位三通换向阀8的P3口和A3口连通，三位四通换向阀13的左位接入系统，压力油通过比例单向节流阀9后，一路进入比例溢流阀10的进油口，另一路通过第一单向阀12后进入推进液压缸14的无杆腔，此时选择了比例单向节流阀加比例溢流阀控制模式来控制推进液压缸，通过调节比例溢流阀10和比例单向节流阀9可以实现对推进液压缸的压力流量复合控制，实现了TBM的高压推进工作过程；特别地，当刀盘遇到大偏载或突变载荷时，可以通过比例溢流阀10和高压安全阀7的瞬时大量溢流，结合连接在推进液压缸14无杆腔的蓄能器，可以有效的缓冲、消化和衰减掉部分外界载荷从而减小甚至避免大偏载或突变载荷给系统造成的损坏，实现了TBM顺应突变载荷。当两位三通换向阀8的电磁铁和高压控制油路的三位四通换向阀13左侧电磁铁同时得电时，两位三通换向阀8的P3口和B3口连通，三位四通换向阀13的左位接入系统,压力油依次通过比例减压阀11和第二单向阀12后进入推进液压缸的无杆腔，此时选择了比例减压阀控制模式来控制推进液压缸，通过调节比例减压阀11可以控制推进缸压力流量（这是现有的TBM推进液压缸常用的控制模式），实现了模拟现有TBM高压推进工况；当高压控制油路的三位四通换向阀13右侧电磁铁得电时，三位四通换向阀13右位接入系统，压力油进入推进液压缸的有杆腔，此时可以不管两位三通换向阀8的得电与否，因为这是要实现在TBM撑紧围岩时，将刀盘回退，这个工况是针对本TBM实验台护臂套长度有限而设计的，不需要对压力油进行控制，只要有压力油进入推进液压缸无杆腔，能推动液压缸杆回退即可，为防止此时有杆腔压力过大，并接了一个安全阀18保护系统。

Claims (1)

1.一种顺应突变载荷的TBM实验台推进液压系统，其特征在于：包括高、低压油源，高、低压控制油路和推进液压缸进、出口油路；其中：

高压控制油路，包括：两位三通换向阀（8）、比例减压阀（11）、比例单向节流阀（9）、比例溢流阀（10）、第一单向阀、第二单向阀和第一个三位四通换向阀；两位三通换向阀（8）的A3口经比例单向节流阀（9）后分为两路，一路经第一单向阀和第一个三位四通换向阀的P1口连接，另一路经比例溢流阀（10）接油箱，两位三通换向阀（8）的B3口经比例减压阀（11）和第二单向阀后接第一个三位四通换向阀的P1口，第一个三位四通换向阀的T1口、A1口和B1口分别接油箱，四个并联的推进液压缸（14）的无杆腔和四个并联的推进液压缸（14）的有杆腔，第一个三位四通换向阀的B1口经安全阀（18）接油箱，两位三通换向阀（8）的P3口接高压油源；

低压控制油路，包括：节流阀（19）和第二个三位四通换向阀；第二个三位四通换向阀的P2口经节流阀（19）接低压油源，第二个三位四通换向阀的T2口、A2口和B2口分别连接油箱，四个并联的推进液压缸（14）的无杆腔和四个并联的推进液压缸（14）的有杆腔；

推进液压缸进、出口油路，包括：四个并联的推进液压缸（14）、蓄能器（15）、高压截止阀（16）、安全阀（18）和压力表（17）；四个推进液压缸（14）的有杆腔并接经安全阀（18）接油箱，四个并联的推进液压缸（14）的无杆腔装有压力表（17）和蓄能器（1），蓄能器（1）一路经一个高压截止阀连接到推进液压缸（14）的无杆腔，蓄能器（1）另一路通过另一个高压截止阀接油箱；

所述高压油源，包括：油箱、第一电动机、第一弹性联轴器、高压变量泵（6）、第一过滤器和高压安全阀（7）；高压变量泵（6）的进油口接油箱，高压变量泵（6）的出油口经第一过滤器后分为两路，一路接两位三通换向阀（8）的P3口，另一路经高压安全阀（7）接油箱，高压变量泵（6）经第一弹性联轴器与第一电动机（2）连接；

所述低压油源，包括：油箱、第二电动机、第二弹性联轴器、低压变量泵（4）、第二过滤器和低压安全阀（1）；低压变量泵（4）的进油口接油箱，低压变量泵（4）的出油口经第二过滤器后分为两路，一路接节流阀（19），另一路经低压安全阀（7）接油箱，低压变量泵（4）经第二弹性联轴器与第二电动机连接。