CN104153786B - 一种采用同轴马达的节能型盾构推进液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用同轴马达的节能型盾构推进液压系统，包括变量马达、三位四通换向阀、单向阀、三位五通换向阀、安全阀、液压缸。推进系统实行分区控制，各区采用变量马达单独供油，系统既可以进行各区独立控制，又可以实现区间协调控制。各区推进液压缸工作流量由比例变量马达实现控制。将规格相同的变量马达输出轴刚性连接构成同步马达，可有效保证各推进液压缸之间的运动同步性。本发明中的推进液压系统不仅能够实现推进速度的无级实时可调，而且由于采用容积调速元件液压马达进行流量调节，避免了现有系统中节流元件调速所造成的能量浪费，具有明显的节能效果，特别适合于大型盾构掘进机推进控制。

Description

一种采用同轴马达的节能型盾构推进液压系统

技术领域

本发明属于液压系统技术领域，涉及一种流体压力执行机构，具体涉及一种采用同轴马达的节能型盾构推进液压系统。

背景技术

盾构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。推进系统是盾构的重要组成部分，通常由沿盾构周向分布的一定数量液压缸的协调顶伸动作来完成推进任务。推进系统的性能不仅直接关系到盾构掘进姿态控制，而且对地表变形也产生极大的影响。因此，推进液压系统速度及同步性控制是盾构施工过程中的关键技术问题之一。

盾构推进是一种典型的大功率、大负载工况。推进系统的装机功率很大，能耗很高。为了简化控制系统，通常将沿盾构周向分布的众多液压缸实施分区，采用液压阀实现控制目标。在采用分区阀控的液压系统中，高压油在流经各控制阀时会产生很大的能量损失，导致系统发热、效率降低，不仅造成能量浪费、影响设备寿命，而且恶化了施工环境。因此如何在确保盾构正确高效推进的前提下实现推进液压系统的节能控制是盾构掘进面临的另一个关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中盾构推进过程中存在的问题兼顾满足盾构施工的要求，提供一种采用同轴马达的节能型盾构推进液压系统，该系统既可以实现各分区推进液压缸之间的同步控制，又可以大幅降低了能量损失，同时也增加了推进系统协调控制的灵活性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括系统主油路、回油管变量马达组以及若干结构相同的分区推进系统；系统主油路通过三位四通换向阀与变量马达组的进油口以及回油管相连，变量马达组以及回油管的出油口分别连接到相对应的分区推进系统上，各分区推进系统内部的液压回路相互独立；变量马达组由若干个规格相同的变量马达将输出轴刚性连接而成。

所述的系统主油路连接到三位四通换向阀的进油口上；三位四通换向阀的第一出油口分别与各个变量马达的进油口连接，第二出油口与回油管连接，回油口上连接有单向阀，且回油口连接到单向阀的进油口上；单向阀的出油口连接油箱；各个变量马达的出油口分别与相对应的分区推进系统相连。

所述每个分区推进系统均包括液压缸、安全阀、三位五通换向阀以及油箱；各个变量马达的出油口分别与各分区推进系统的三位五通换向阀的进油口相连；三位五通换向阀的出油口分别与液压缸的无杆腔和安全阀的进油口相连；三位五通换向阀的出油口与液压缸的有杆腔相连，三位五通换向阀的回油口与回油管连接；回油口以及安全阀的出油口均连接到油箱上。

所述的推进系统设置有四个分区，并且设置四个变量马达；第一变量马达、第二变量马达、第三变量马达以及第四变量马达分别为四个分区推进系统的液压缸供油。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明将多台规格相同的马达输出轴刚性连接组成同步马达向推进系统各分区液压缸供油，可以大幅降低多执行器分区同步控制的复杂性。同时，由于各马达与推进系统的油路相对独立，使得推进系统各区既可独立控制，又能协调控制，增加了系统的灵活性。最后，各区采用容积调速元件调节流量之后，来自主油路的液压油可以无损地传递到各区推进液压缸中，系统节能效果非常明显，特别是在大型掘进设备中优势更加突出。

附图说明

图1是本发明系统的单区原理图。

其中：1为油箱；2为单向阀；3为三位四通换向阀；4.1为第一变量马达；4.2为第二变量马达；4.3为第三变量马；4.4为第四变量马达；5为回油管；6为三位五通换向阀；7为安全阀；8为液压缸。

具体实施方式

下面结合附图1和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明包括系统主油路、回油管5、变量马达组以及若干结构相同的分区推进系统；系统主油路通过三位四通换向阀3与变量马达组的进油口以及回油管5相连，变量马达组以及回油管5的出油口分别连接到相对应的分区推进系统上，各分区推进系统内部的液压回路相互独立；变量马达组由若干个规格相同的变量马达将输出轴刚性连接而成。系统主油路连接到三位四通换向阀3的进油口P3上；三位四通换向阀3的第一出油口A3分别与各个变量马达的进油口连接，第二出油口B3与回油管5连接，回油口T3上连接有单向阀2，且回油口T3连接到单向阀2的进油口P2上；单向阀2的出油口T2连接油箱1；各个变量马达的出油口分别与相对应的分区推进系统相连。每个分区推进系统均包括液压缸8、安全阀7、三位五通换向阀6以及油箱1；各个变量马达的出油口分别与各推进系统的三位五通换向阀6的进油口P6相连；三位五通换向阀6的出油口A6分别与液压缸8的无杆腔和安全阀7的进油口P7相连；三位五通换向阀6的出油口B6与液压缸7的有杆腔相连，三位五通换向阀6的回油口T6与回油管5连接；回油口O6以及安全阀7的出油口T7均连接到油箱1上。

本实施例设置四个分区推进系统，并相应设置四个变量马达；第一变量马达4.1、第二变量马达4.2、第三变量马达4.3以及第四变量马达4.4分别为四个分区推进系统的液压缸供油。

本发明的工作原理如下：

盾构向前推进时，三位四通换向阀3左端电磁铁得电，三位四通换向阀3工作在左位，进油口P3与第一出油口A3接通，回油口T3与第二出油口B3接通。来自主油路的高压油经三位四通换向阀3进油口P3流入、第一出油口A3流出至变量马达组4进油口。变量马达组4由四台输出刚性连接在一起的变量马达4.1、变量马达4.2、变量马达4.3、变量马达4.4组成，分别用于控制A区、B区、C区、D区推进液压缸，此处以A区为例说明，其它各区类同。三位五通换向阀6左端电磁铁得电，三位五通换向阀6工作在左位，进油口P6与出油口A6接通，出油口B6与回油口O6接通,回油口T6截止。变量马达4.1出油口压力油经管路流至三位五通换向阀6进油口P6，经三位五通换向阀6出油口A6流出至液压缸8左端无杆腔及安全阀6进油口P6。正常推进时，安全阀6不打开，进油口P6与出油口T6不通。液压缸8有杆腔液压油经管路至三位五通换向阀6出油口B6，再经回油口O6流回油箱。液压缸8活塞杆在压力油推动下伸出，完成推进动作。由于此时三位五通换向阀6回油口T6截止，从三位五通换向阀6经回油管5、三位四通换向阀第二出油口B3和回油口T3、单向阀2至油箱1的油路中无油液流过。

由于变量马达组4中的四个马达同轴，只要设定四个液压马达排量相同，即可实现各区推进液压缸同步工作。

当推进过程中盾构需要转弯或姿态调整时，只需独立调节各区流量控制元件液压马达的排量即可。如，当需增加A区液压缸推进速度时，通过增大变量马达4.1的排量即可实现。

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，安全阀7开启，三位五通换向阀6出油口A6流出的油液经安全阀7的进油口P7流进安全阀7，从安全阀7的出油口T7流回油箱，实现卸荷，保护系统。

当推进液压缸实现回退动作时，三位四通换向阀3的右端电磁铁得电，三位四通换向阀3工作在右位，进油口P3与第二出油口B3接通，回油口T3与第一出油口A3接通。来自主油路的高压油经三位四通换向阀3进油口P3流入、第二出油口B3流出至回油管5，经回油管5流至各区三位五通换向阀6回油口T6。三位五通换向阀6右端电磁铁得电，三位五通换向阀6工作在右位，进油口P6截止，出油口A6与回油口O6接通,出油口B6与回油口T6接通。来自主油路液压油经三位五通换向阀6回油口T6、出油口B6至液压缸8有杆腔，推动液压缸8活塞杆缩回，液压缸8无杆腔液压油经三位五通换向阀6出油口A6、回油口O6流回油箱。此时，安全阀6不打开，进油口P6与出油口T6不通，三位五通换向阀6进油口P6截止，液压马达组4不工作，三位四通换向阀第一出油口A3和回油口T3、单向阀2至油箱1的油路中无油液流过。当各分区推进液压缸需要单独回退时，只需独立控制各区中的三位五通换向阀即可实现。单向阀2为了防止三位四通换向阀3回油口T3与第一出油口A3接通的情况下可能导致的变量马达组倒吸油箱油液造成事故。

当盾构停止推进时，三位四通换向阀3两端电磁铁断电，三位四通换向阀3处于中位，进油口P3与回油口T3接通，第二出油口B3和第一出油口A3均截止，此时主油路液压油经三位四通换向阀3进油口P3、回油口T3、单向阀2回到油箱，系统卸荷。三位五通换向阀6两端电磁铁断电，三位五通换向阀6处于中位，进油口P6、出油口A6、出油口B6、回油口O6、回油口T6均截止。由于连接液压缸8有杆腔和无杆腔的管路中无油液流过，液压缸8活塞杆在预定位置稳定停止。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种采用同轴马达的节能型盾构推进液压系统，其特征在于：包括系统主油路、回油管(5)、变量马达组以及若干结构相同的分区推进系统；系统主油路通过三位四通换向阀(3)与变量马达组的进油口以及回油管(5)相连，变量马达组以及回油管(5)的出油口分别连接到相对应的分区推进系统上，各分区推进系统内部的液压回路相互独立；变量马达组由若干个规格相同的变量马达将输出轴刚性连接而成；

所述每个分区推进系统均包括液压缸(8)、安全阀(7)、三位五通换向阀(6)以及油箱(1)；各个变量马达的出油口分别与各分区推进系统的三位五通换向阀(6)的进油口P6相连；三位五通换向阀(6)的第一出油口A6分别与液压缸(8)的无杆腔和安全阀(7)的进油口P7相连；三位五通换向阀(6)的第二出油口B6与液压缸(8)的有杆腔相连，三位五通换向阀(6)的回油口T6与回油管(5)连接；三位五通换向阀(6)的回油口O6以及安全阀(7)的出油口T7均连接到油箱(1)上。

2.根据权利要求1所述的采用同轴马达的节能型盾构推进液压系统，其特征在于：所述的系统主油路连接到三位四通换向阀(3)的进油口上；三位四通换向阀(3)的第一出油口A3分别与各个变量马达的进油口连接，第二出油口B3与回油管(5)连接，三位四通换向阀(3)的回油口T3上连接有单向阀(2)，且三位四通换向阀(3)的回油口T3连接到单向阀(2)的进油口P2上；单向阀(2)的出油口T2连接油箱(1)；各个变量马达的出油口分别与相对应的分区推进系统相连。

3.根据权利要求1所述的采用同轴马达的节能型盾构推进液压系统，其特征在于：所述的推进液压系统设置有四个分区推进系统，并且设置四个变量马达，每个分区推进系统设置一个变量马达；第一变量马达(4.1)、第二变量马达(4.2)、第三变量马达(4.3)以及第四变量马达(4.4)分别为四个分区推进系统的液压缸供油。