CN104154055B - Tbm试验台推力负载模拟液压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TBM试验台推力负载模拟液压系统。由四个完全相同的推力负载油路组成，每个均包括油箱、安全阀、三位四通换向阀、比例溢流阀、电控单向阀、两个截止阀、液压缸、位移传感器、压力表；四个推力负载油路的进油口并联。通过控制各推力模块的比例溢流阀的溢流压力大小，模拟不同的大小的TBM推力负载；同时控制各推力模块的比例溢流阀的溢流压力是否相等，模拟TBM的正常推力负载和推力偏载；通过各个推力模块中位移传感器和压力表可以实时监测各推力模块中的液压缸的位移和压力；通过关闭各推力模块液压缸进出油口的截止阀，切断溢流油路，模拟TBM推力突变载荷及大偏载。本发明能模拟各种不同地质环境下的TBM推力负载。

Description

TBM试验台推力负载模拟液压系统
技术领域
本发明涉及负载模拟液压系统，尤其涉及一种TBM试验台推力负载模拟液压系统。
背景技术
隧道全断面掘进机(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。TBM由于掘进速度快、施工质量稳定、安全作业条件好、对生态环境影响小等优点，在国内外隧道工程建设中得到广泛应用。
TBM是比较一种特殊的工程机械，它需要去适应施工隧道的各种地层地质，并需要依据具体地质情况来进行设计研发。隧道工程有着相当复杂的地质环境，数值计算仿真很难满足研究的要求，搭建TBM试验台成了对其研究和创新的最优途径。
推力负载是TBM掘进工作中的关键负载之一。TBM推进过程中如果遇到偏载，可能会引起TBM掘进偏离原设定的轨迹，造成部分隧道的报废；TBM推进过程中如果遇到突变载荷，严重时可能大大减短TBM的机械及液压元件的寿命；另一方面由于推进力与撑靴撑紧力的不协调，可能造成隧道被撑塌，导致隧道施工无法进行；上述情况都有可能给整个隧道施工带来重大的经济损失，所以必须开展TBM应对各种推力负载的适应性研究。为了真实地模拟TBM掘进时的各种推力负载，必须设计TBM试验台推力负载模拟液压系统。该液压系统必须能够模拟并符合各种TBM推力负载的特性。
经过对现有技术文献查询发现，目前在直线运动中采用的推力负载模拟及测试装置主要是基于直线电机和磁粉制动器等构建的模拟测试平台，该装置虽然加载平稳、无噪音，但加载精度不高，最重要的是在模拟突变载荷及大偏载时，无法平稳的缓冲大载荷所带来的波动。综上所述目前还没有一种专门用于模拟TBM试验台推力负载的系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TBM试验台推力负载模拟液压系统，该系统通过控制各模块液压缸来模拟TBM试验台的推力负载：控制四个液压缸小腔有相同的溢流压力时可模拟TBM正常工况的推力负载，控制四个液压缸小腔有不相同的溢流压力时可模拟TBM的推力偏载，同时调节比例溢流阀溢流压力大小可以得到所期望的负载特性；通过截止阀切断液压缸小腔的溢流可模拟TBM的突变推力载荷。这种TBM试验台推力负载模拟液压系统实现了小空间及低成本地模拟各种不同地质环境下的TBM推力负载。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
本发明由四个结构相同的推力负载油路组成；每个负载油路均包括：油箱、安全阀、三位四通换向阀、比例溢流阀、电控单向阀、两个截止阀、液压缸、位移传感器、压力表；四个推力负载油路的进油口并联，高压油H1进入每一个油路的进油口后的油路连接关系为：高压油H1一路连接到三位四通换向阀的P口，另一路通过安全阀连接到油箱；三位四通换向阀的T口连接到油箱，三位四通换向阀的A口通过第一个截止阀后连接到液压缸的无杆腔，三位四通换向阀的B口一路连接到比例溢流阀的出油口，另一路连接到电控单向阀的进油口；比例溢流阀的进油口与电控单向阀的出油口并接后通过第二个截止阀连接到液压缸的有杆腔，且在比例溢流阀进油口与电控单向阀出油口的并接处和所连接的第二个截止阀之间装有压力表；在液压缸的杆端装有位移传感器。
本发明具有的有益效果是：
1)通过控制各推力模块的比例溢流阀的溢流压力大小，模拟不同的大小的TBM推力负载；同时控制各推力模块的比例溢流阀的溢流压力是否相等，模拟TBM的正常推力负载和推力偏载；通过各个推力模块中位移传感器和压力表可以实时监测各推力模块中的液压缸的位移和压力。
2)通过关闭各推力模块液压缸进出油口的截止阀，切断溢流油路，模拟TBM推力突变载荷及大偏载。
本发明实现了小空间及低成本地模拟各种不同地质环境下的TBM推力负载。
附图说明
图1是TBM试验台推力负载模拟液压系统结构示意图。
图中：1.油箱，2.安全阀，3.三位四通换向阀，4.比例溢流阀，5.电控单向阀，6.截止阀，7.液压缸，8.位移传感器，9.压力表。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
TBM试验台推力负载模拟液压系统，该系统由四个结构相同的推力负载油路组成；每个负载油路均包括：油箱1、安全阀2、三位四通换向阀3、比例溢流阀4、电控单向阀5、两个截止阀6、液压缸7、位移传感器8、压力表9；四个推力负载油路的进油口并联，高压油H1进入每一个油路的进油口后的油路连接关系为：高压油H1一路连接到三位四通换向阀3的P口，另一路通过安全阀2连接到油箱1；三位四通换向阀3的T口连接到油箱1，三位四通换向阀3的A口通过第一个截止阀6后连接到液压缸7的无杆腔，三位四通换向阀3的B口一路连接到比例溢流阀4的出油口，另一路连接到电控单向阀5的进油口；比例溢流阀4的进油口与电控单向阀5的出油口并接后通过第二个截止阀6连接到液压缸7的有杆腔，且在比例溢流阀4进油口与电控单向阀5出油口的并接处和所连接的第二个截止阀6之间装有压力表9；在液压缸7的杆端装有位移传感器8。
本发明的工作原理如下：
高压油H1进入每个推力负载模块的控制油路，在进油口并接有安全阀2，当系统压力过大时，可通过安全阀2的溢流来保护整个油路；当三位四通换向阀3左侧电磁铁得电时，其左位接入系统，高压油H1从三位四通换向阀3的P口进入，从A口流出，再通过打开的截止阀6进入液压缸7的大腔，此时是给液压缸7的大腔打入液压油。当三位四通换向阀3右侧电磁铁得电时，其右位接入系统，高压油H1从三位四通换向阀3的T口进入，从B口流出；同时电控单向阀5的电磁铁处于失电状态，从B口出来的高压油依次通过电控单向阀5和打开的截止阀6后进入液压缸7的小腔；当液压缸7小腔内的高压油压力达到比例溢流阀4所调定的溢流压力时，比例溢流阀4开始溢流，此时使三位四通换向阀3失电，三位四通换向阀3的中位接入系统，高压油不再进入液压缸7的小腔内，比例溢流阀4也停止溢流，液压缸7的小腔保持为所设定的压力。假定各个推力负载模块中比例溢流阀4所设定的压力相等，且液压缸小腔内压力为P，液压缸大腔直径为D，液压缸小腔直径为d；由于四个液压缸的大腔外壳是均布铰接在TBM试验台的后石箱上，液压缸杆端是均布铰接在刀盘盾体上，刀盘盾体被向前推进时将受到液压缸给的推力负载，其大小为：
4×(πD2/4-πd2/4)p＝π(D2-d2)p
以上是模拟了TBM正常工况下的均匀推力负载，调节比例溢流阀的溢流压力可以改变P的大小，从而调节TBM推力负载大小；当各个推力负载模块的比例溢流阀的溢流压力设定为不相同时，可以用来模拟TBM的推力偏载，通过不同的组合可以模拟上下左右各向推力偏载的情况。同时通过各个推力模块中的液压缸7杆端的位移传感器8和液压缸7小腔出油口压力表9可以实时监测各推力模块中的液压缸7的位移和压力。
当关闭与各个推力负载模块中的液压缸7大小腔油口相连接的截止阀6时，刀盘盾体被向前推进时，液压缸7小腔内的液压油被挤压，但不能溢流，将在短时间产生很大的反力，这个瞬间产生的大反力将模拟TBM的突变推力载荷。
当系统不需要提供推力负载时，通过使电控单向阀5的电磁铁得电，电控单向阀5反向连通，液压缸7小腔内将与油箱1连通，此时系统处于卸荷状态。

Claims (1)

1.一种TBM试验台推力负载模拟液压系统，其特征在于：该系统由四个结构相同的推力负载油路组成；每个负载油路均包括：油箱（1）、安全阀（2）、三位四通换向阀（3）、比例溢流阀（4）、电控单向阀（5）、两个截止阀、液压缸（7）、位移传感器（8）、压力表（9）；四个推力负载油路的进油口并联，高压油H1进入每一个油路的进油口后的油路连接关系为：高压油H1一路连接到三位四通换向阀（3）的P口，另一路通过安全阀（2）连接到油箱（1）；三位四通换向阀（3）的T口连接到油箱（1），三位四通换向阀（3）的A口通过第一个截止阀后连接到液压缸（7）的无杆腔，三位四通换向阀（3）的B口一路连接到比例溢流阀（4）的出油口，另一路连接到电控单向阀（5）的进油口；比例溢流阀（4）的进油口与电控单向阀（5）的出油口并接后通过第二个截止阀连接到液压缸（7）的有杆腔，且在比例溢流阀（4）进油口与电控单向阀（5）出油口的并接处和所连接的第二个截止阀之间装有压力表（9）；在液压缸（7）的杆端装有位移传感器（8）。
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