CN104405699B - 隧道掘进机推力负载模拟液压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道掘进机推力负载模拟液压系统。推进油缸的无杆腔与推进油路的一个油口连通，有杆腔与推进油路的另一个油口连通，推进油缸和推力负载油缸的活塞杆相连；复位单向阀的进油口连通推力负载油缸大腔和油箱，复位单向阀的出油孔，一路与推力负载油缸有杆腔连通，另一路经细长孔电磁比例节流阀、薄刃口电磁比例节流阀和电磁比例溢流阀后接油箱，油液风冷阀组的进、出油口与油箱连通。本发明通过将不同开口形式的电磁比例节流阀和电磁比例溢流阀串联起来并统一的进行参数调定，将推力负载的设定与岩土静压设定和推进速度统一考虑，实现了掘进机推力负载的高保真模拟。该负载模拟系统同样适用于其他直线推力负载的动态模拟场合。
Description
技术领域
本发明涉及负载模拟液压系统，尤其涉及一种隧道掘进机推力负载模拟液压系统。
背景技术
隧道掘进机是一种新型隧道施工机械，它通过由电机或液压马达驱动的刀盘切削岩土，在推进系统作用下向前顶进，输送带将切削下的岩土运送出去，后配套系统对开挖完成的隧道进行支护，从而使隧洞全断面一次开挖成形。隧道掘进机施工法集机电液控制于一体，具有快速、优质、安全、环保等施工特点，是隧道施工的不二选择。
隧道掘进机结构庞大，系统复杂，成本高昂，对不同的地质条件适应性较差，比如土平衡盾构只适用于软土砂石地质，含水量较高的土层需要使用泥水平衡盾构，而针对硬岩掘进则需要选用硬岩掘进机(简称TBM)。不同的土质或岩石对掘进机的推力负载作用差别很大，直接影响到掘进机推进系统的关键结构形式选择和技术参数设计。因此开展掘进机推力负载研究具有重要意义。
隧道施工环境制约了施工数据采集的准确度，现有的理论计算无法兼顾复杂的施工环境，因此开展物理模拟试验是主要的可行方案。现有推力负载模拟方案有些采用填埋土箱或放置岩块作为负载模拟，虽然具有比较准确的优点，但埋土岩块更换不易，数据采集困难，且更换成本较高；液压系统具有功率密度大，并具有成熟的直线负载元件液压缸以及配套的传感器，因此采用液压系统作推力负载模拟具有其他方案难以替代的优势。
现有液压推力负载模拟系统，如专利CN201010613390.1中，速度负载和压力负载是并联关系，只能对推力负载做理想化的分别模拟；专利CN201110395900.7中仅能实现压力负载的模拟，无法模拟掘进过程中的动态负载。因此，目前现在还没有一种适用于隧道掘进机推力负载模拟的液压系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道掘进机推力负载模拟液压系统，通过串联细长孔电磁比例节流阀、薄刃口电磁比例节流阀、电磁比例溢流阀构成推力负载模拟阀组，将其连接于负载模拟缸和油箱之间，参照施工数据采用模拟负载替代实际掘进岩土条件，调定各节流阀、溢流阀的参数即可模拟不同的地质条件，为隧道掘进机推进系统的设计提供实验依据。
本发明解决技术其问题所采用的技术方案是：
本发明包括推进油缸、推力负载油缸、复位单向阀、油箱、连接件、细长孔电磁比例节流阀、薄刃口电磁比例节流阀和电磁比例溢流阀；推进油缸的无杆腔与推进油路的一个油口A1连通，推进油缸的有杆腔与推进油路的另一个油口B1连通，推进油缸和推力负载油缸的活塞杆伸出端通过连接件固接；复位单向阀的进油口P3连通推力负载油缸的无杆腔和油箱，复位单向阀的出油孔T3分为两路，一路与推力负载油缸的有杆腔连通，另一路经细长孔电磁比例节流阀、薄刃口电磁比例节流阀和电磁比例溢流阀后接油箱。
所述油箱中，油液风冷阀组的进、出油口与油箱连通。
所述细长孔电磁比例节流阀、薄刃口电磁比例节流阀、电磁比例溢流阀均由外接控制单元给出参数调节信号，并均能调节到阀口全开，即等效于将对应阀短路。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
通过将不同开口形式的电磁比例节流阀和电磁比例溢流阀串联起来并统一的进行参数调定，将推力负载的设定与岩土静压设定和推进速度统一考虑，实现了掘进机推力负载的高保真模拟。该负载模拟系统同样适用于其他直线推力负载的动态模拟场合。
附图说明
图1是本发明的隧道掘进机推力负载模拟液压系统图。
图中：1、推进油缸，2、推力负载油缸，3、复位单向阀，4、油箱，5、连接件，6、油液风冷阀组，7、细长孔电磁比例节流阀，8、薄刃口电磁比例节流阀，9、电磁比例溢流阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括推进油缸1、推力负载油缸2、复位单向阀3、油箱4、连接件5、细长孔电磁比例节流阀7、薄刃口电磁比例节流阀8和电磁比例溢流阀9；推进油缸1的无杆腔与推进油路的一个油口A1连通，推进油缸1的有杆腔与推进油路的另一个油口B1连通，推进油缸1和推力负载油缸2的活塞杆伸出端通过连接件5固接；复位单向阀3的进油口P3连通推力负载油缸2的无杆腔和油箱4，复位单向阀3的出油孔T3分为两路，一路与推力负载油缸2的有杆腔连通，另一路接细长孔电磁比例节流阀7进油口P7，细长孔电磁比例节流阀7出油口T7连通薄刃口电磁比例节流阀8进油口P8，薄刃口电磁比例节流阀8出油口T8连通电磁比例溢流阀9进油口P9，电磁比例溢流阀9出油口T9接油箱4。
所述油箱4中，油液风冷阀组6的进、出油口与油箱4连通。
所述细长孔电磁比例节流阀7、薄刃口电磁比例节流阀8、电磁比例溢流阀9均由外接控制单元给出参数调节信号，并均能调节到阀口全开，即等效于将对应阀短路。
本发明的工作原理如下：
如图1所示，推进油路A1口通高压，推进油缸1的活塞杆伸出，通过连接件5带动推力负载油缸2活塞杆压缩小腔形成高压，复位单向阀3此时处于关闭状态，推力负载油缸2有杆腔的高压泄油经由细长孔电磁比例节流阀7进油口P7、细长孔电磁比例节流阀7出油口T7之间的细长孔电磁比例节流阀7产生与流量线性相关的节流压降，经薄刃口电磁比例节流阀8进油口P8、薄刃口电磁比例节流阀8出油口T8之间的薄刃口电磁比例节流阀8产生的与流量二次方成正比的节流压降，以及经比例溢流阀9进油口P9、电磁比例溢流阀9出油口T9的电磁比例溢流阀9产生的溢流压降回到油箱4，油液风冷阀组6将经过节流损耗发热的油液冷却，推力负载油缸2活塞杆跟随推进油缸1活塞杆在连接件5的连接作用下等速推进，从而将岩土静负载和掘进引起的与推进速度相关的动态负载结合起来，调定细长孔电磁比例节流阀7、薄刃口电磁比例节流阀8的流量-压力系数以及电磁比例溢流阀9溢流压力，从而使推力负载油缸2有杆腔的泄油压力p与泄油流量q的关系满足：
p＝aq+bq2+c(1)
其中：a——细长孔节流阀流量-压力系数；
b——薄刃口节流阀流量-压力系数；
c——溢流阀设定溢流压力；
p——推力负载油缸有杆腔泄油压力。
此时模拟的推力负载功率K满足：
K＝pq＝aq2+bq3+cq(2)
而推进油缸1活塞杆推进速度v与泄油流量q满足：
q＝Sv(3)
其中：S——推力负载油缸2有杆腔面积。
则模拟的推力负载力F与推进速度v的关系满足：
F＝pS＝aS2v+bS3v2+cS(4)
模拟的推力负载功率K与推进速度v之间的关系满足：
K＝pq＝pSv＝aS2v2+bS3v3+cSv(5)
通过调定参数a、b、c可以简单重复的模拟不同的掘进地质条件。当试验完成后，推进油路B1腔通高压油，推进油缸1活塞杆回收，通过连接件5带动推力负载油缸2回缩，此时复位单向阀3导通，油液经复位单向阀3进入到推力负载油缸2的有杆腔实现复位。
Claims (3)
1.一种隧道掘进机推力负载模拟液压系统，其特征在于：包括推进油缸（1）、推力负载油缸（2）、复位单向阀（3）、油箱（4）、连接件（5）、细长孔电磁比例节流阀（7）、薄刃口电磁比例节流阀（8）和电磁比例溢流阀（9）；推进油缸（1）的无杆腔与推进油路的一个油口A1连通，推进油缸（1）的有杆腔与推进油路的另一个油口B1连通，推进油缸（1）和推力负载油缸（2）的活塞杆伸出端通过连接件（5）固接；复位单向阀（3）的进油口P3连通推力负载油缸（2）的无杆腔和油箱（4），复位单向阀（3）的出油孔T3分为两路，一路与推力负载油缸（2）的有杆腔连通，另一路经细长孔电磁比例节流阀（7）、薄刃口电磁比例节流阀（8）和电磁比例溢流阀（9）后接油箱（4）。
2.根据权利要求1所述的一种隧道掘进机推力负载模拟液压系统，其特征在于：所述油箱（4）中，油液风冷阀组（6）的进、出油口与油箱（4）连通。
3.根据权利要求1所述的一种隧道掘进机推力负载模拟液压系统，其特征在于：所述细长孔电磁比例节流阀（7）、薄刃口电磁比例节流阀（8）、电磁比例溢流阀（9）均由外接控制单元给出参数调节信号，并均能调节到阀口全开，即等效于将对应阀短路。
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