CN106762884A - 基于压力补偿的tbm竖向调向液压系统 - Google Patents

基于压力补偿的tbm竖向调向液压系统 Download PDF

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陈玉羲
石卓
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Abstract

本发明公开了一种基于压力补偿的TBM竖向调向液压系统。包括电机、高压泵、电磁卸荷阀、单向阀、两个定差减压阀、两个三位四通电磁比例换向阀、两个梭阀、两个平衡阀、两个位移传感器、四个液压油缸和油箱。TBM(硬岩隧道掘进机)竖向调向系统采用定差减压阀和三位四通电磁比例换向阀调节系统工作压力和流量，通过对液压油缸伸出和缩回的控制实现TBM俯仰角的变化。同时通过梭阀和定差减压阀实现压力补偿。基于压力补偿的TBM竖向调向液压系统能够对TBM竖向姿态进行实时控制，减小负载压力波动对液压油缸位移的影响，从而保证施工精度和施工效率。

Description

基于压力补偿的TBM竖向调向液压系统
技术领域
本发明涉及一种TBM竖向调向液压系统，尤其涉及一种基于压力补偿的TBM竖向调向液压系统。
背景技术
TBM姿态控制是指TBM根据预定隧道轨迹，通过姿态调整机构调整主梁与隧道设计轴线的角度，获得良好的隧道开挖精度。TBM姿态控制可分为水平调向和竖向调向液压系统，竖向调向液压系统中油缸的上下伸缩带动主梁上下移动，实现俯仰角变化从而使得TBM抬头掘进或者叩头掘进。
TBM运动轨迹与隧道设计轴线的位置偏差大小对隧道工程的质量有直接影响，由于掘进过程中地质不均匀，轨迹失准问题是困扰施工的难题之一，对施工过程中TBM的姿态进行控制是确保TBM按设计轴线掘进的关键。
TBM竖向调向液压系统是硬岩掘进设备的关键子系统之一，现有的TBM竖向调向系统的液压油缸的伸出和缩回过程依靠开关阀进行控制，液压油缸位移受负载压力波动影响较大且调整作用滞后，TBM蛇行现象严重，隧道施工较难得到保证。
发明内容
为了克服现有的TBM竖向调向液压系统中存在的液压油缸位移受负载压力波动影响较大、地质适应性差、调整作用滞后等问题，兼顾满足硬岩掘进施工要求，本发明提供了一种基于压力补偿的TBM竖向调向液压系统，采用了比例换向阀对TBM竖直方向姿态进行实时控制，结合梭阀和定差减压阀组成压力补偿回路，减小了负载压力波动对液压油缸位移的影响，保证了施工精度和施工效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括电机、高压泵、电磁卸荷阀、单向阀、第一定差减压阀、第二定差减压阀、第一三位四通电磁比例换向阀、第二三位四通电磁比例换向阀、第一梭阀、第二梭阀、第一平衡阀、第二平衡阀、左侧位移传感器、右侧位移传感器、左侧液压油缸、右侧液压油缸和油箱。电机带动高压泵工作，高压泵的进油口接油箱，高压泵的出油口同时与电磁卸荷阀的进油口和单向阀的进油口相连，电磁卸荷阀的出油口与油箱相连，单向阀的出油口分别与第一定差减压阀的进油口和第二定差减压阀的进油口相连，第一定差减压阀的控制油口与第一梭阀的第三油口相连，第一定差减压阀的出油口连接第一三位四通电磁比例换向阀的第一油口，第一三位四通电磁比例换向阀的第二油口同时与第一梭阀的第一油口和第一平衡阀的第一油口相连，第一平衡阀的第二油口与左侧液压油缸的无杆腔的油口相连，左侧液压油缸的有杆腔的油口与第一平衡阀的第三油口相连，第一平衡阀的第四油口同时与第一梭阀的第二油口和第一三位四通电磁比例换向阀的第三油口相连，第一三位四通电磁比例换向阀的第四油口与油箱相连，第二定差减压阀的控制油口与第二梭阀的第三油口相连，第二定差减压阀的出油口连接第二三位四通电磁比例换向阀的第一油口，第二三位四通电磁比例换向阀的第二油口同时与第二梭阀的第一油口和第二平衡阀的第一油口相连，第二平衡阀的第二油口与右侧液压油缸的无杆腔的油口相连，右侧液压油缸的有杆腔的油口与第二平衡阀的第三油口相连，第二平衡阀的第四油口同时与第二梭阀的第二油口和第二三位四通电磁比例换向阀的第三油口相连，第二三位四通电磁比例换向阀的第四油口与油箱相连；左侧位移传感器和右侧位移传感器分别安装在左侧液压油缸和右侧液压油缸上。其中，左侧液压油缸和右侧液压油缸的进油口和出油口分别相互连通。
通过判断左侧位移传感器和右侧位移传感器测量值，然后给第一三位四通电磁比例换向阀和第二三位四通电磁比例换向阀信号，使第一三位四通电磁比例换向阀和第二三位四通电磁比例换向阀工作于左位或者右位，实现对左侧液压油缸和右侧液压油缸伸出和缩回的实时控制。
第一减压阀、第二减压阀、第一三位四通电磁比例换向阀、第二三位四通电磁比例换向阀、第一梭阀和第二梭阀组成压力补偿回路。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
本发明提出的基于压力补偿的TBM竖向调向液压系统，采用了比例换向阀对TBM竖直方向姿态进行实时控制，结合梭阀和定差减压阀组成压力补偿回路，减小了负载压力波动对液压油缸位移的影响，保证了施工精度和施工效率。
附图说明
图1是本发明的液压系统原理图。
图中：1、电机，2、高压泵，3、单向阀，4、电磁卸荷阀，5、油箱，6、第一三位四通电磁比例换向阀，7、第二三位四通电磁比例换向阀，8、第一定差减压阀，9、第一梭阀，10、第二定差减压阀，11、第二梭阀，12、第一平衡阀，13、第二平衡阀，14、第一位移传感器，15、第二位移传感器，16、左侧液压油缸，17、右侧液压油缸。
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，本发明包括电机1、高压泵2、电磁卸荷阀4、单向阀3、第一定差减压阀8、第二定差减压阀10、第一三位四通电磁比例换向阀6、第二三位四通电磁比例换向阀9、第一梭阀9、第二梭阀11、第一平衡阀12、第二平衡阀13、左侧位移传感器14、右侧位移传感器15、左侧液压油缸16、右侧液压油缸17和油箱5；电机1带动高压泵2工作，高压泵2的进油口P2接油箱5，高压泵2的出油口T2同时与电磁卸荷阀4的进油口P4和单向阀3的进油口P3相连，电磁卸荷阀4的出油口T4与油箱5相连，单向阀3的出油口T3分别与第一定差减压阀8的进油口P8和第二定差减压阀10的进油口P10相连，第一定差减压阀8的控制油口X8与第一梭阀9的第三油口C9相连，第一定差减压阀8的出油口T8连接第一三位四通电磁比例换向阀6的第一油口P6，第一三位四通电磁比例换向阀6的第二油口A6同时与第一梭阀9的第一油口A9和第一平衡阀12的第一油口A12相连，第一平衡阀12的第二油口B12与左侧液压油缸16的无杆腔的油口P16相连，左侧液压油缸16的有杆腔的油口T16与第一平衡阀12的第三油口C12相连，第一平衡阀12的第四油口D12同时与第一梭阀9的第二油口B9和第一三位四通电磁比例换向阀6的第三油口B6相连，第一三位四通电磁比例换向阀6的第四油口T6与油箱5相连，第二定差减压阀10的控制油口X10与第二梭阀11的第三油口C11相连，第二定差减压阀10的出油口T10连接第二三位四通电磁比例换向阀7的第一油口P7，第二三位四通电磁比例换向阀7的第二油口A7同时与第二梭阀11的第一油口A11和第二平衡阀13的第一油口A13相连，第二平衡阀13的第二油口B13与右侧液压油缸17的无杆腔的油口P17相连，右侧液压油缸17的有杆腔的油口T17与第二平衡阀13的第三油口C13相连，第二平衡阀13的第四油口D13同时与第二梭阀11的第二油口B11和第二三位四通电磁比例换向阀7的第三油口B7相连，第二三位四通电磁比例换向阀7的第四油口T7与油箱5相连；左侧位移传感器14和右侧位移传感器15分别安装在左侧液压油缸16和右侧液压油缸17上。其中，左侧液压油缸16和右侧液压油缸17的进油口和出油口分别相互连通。
通过判断左侧位移传感器14和右侧位移传感器15测量值，然后给第一三位四通电磁比例换向阀6和第二三位四通电磁比例换向阀7信号，使第一三位四通电磁比例换向阀6和第二三位四通电磁比例换向阀7工作于左位或者右位，实现对左侧液压油缸16和右侧液压油缸17伸出和缩回的实时控制。
第一定差减压阀8、第二定差减压阀10、第一三位四通电磁比例换向阀6、第二三位四通电磁比例换向阀7、第一梭阀9和第二梭阀11组成压力补偿回路。
本发明的工作原理如下：
液压油缸伸出时，电磁卸荷阀4得电，第一三位四通电磁比例换向阀6的先导阀电磁铁b6和第二三位四通电磁比例换向阀7的先导阀电磁铁b7同时得电，阀6和阀7工作在右位，从高压泵2的出油口T2流出的液压油一部分流向单向阀6的P6口，另一部分经过电磁卸荷阀4的P4口和T4口流回油箱，从单向阀6的T6口流出的液压油分别流向第一定差减压阀8的P8口和第二定差减压阀10的P10口，并从第一定差减压阀8的T8口和第二定差减压阀10的T10口分别流向第一三位四通电磁比例换向阀6的P6口和第二三位四通电磁比例换向阀7的P7口，接着液压油从第一三位四通电磁比例换向阀6的A6口和第二三位四通电磁比例换向阀7的A7口分别流向第一平衡阀12的A12口和第二平衡阀13的A13口，然后从第一平衡阀12的B12口和第二平衡阀13的B13口分别流向左侧液压油缸16的P16口和右侧液压油缸17的P17口，从左侧液压油缸16的T16口和右侧液压油缸17的T17口流出的液压油分别流向第一平衡阀12的C12口和第二平衡阀13的C13口，然后从第一平衡阀12的D12口和第二平衡阀13的D13口分别流向第一三位四通电磁比例换向阀6的B6口和第二三位四通电磁比例换向阀7的B7口，最后从第一三位四通电磁比例换向阀6的T6口和第二三位四通电磁比例换向阀7的T7口流出的液压油汇合后流回油箱5，组成液压油缸的伸出回路；如果需要，可以调节第一三位四通电磁比例换向阀6和第二三位四通电磁比例换向阀7适当调节液压油缸伸出速度。
液压油缸缩回时，电磁卸荷阀4得电，第一三位四通电磁比例换向阀6的先导阀电磁铁a6和第二三位四通电磁比例换向阀7的先导阀电磁铁a7同时得电，阀6和阀7工作在左位，从高压泵2的出油口T2流出的液压油一部分流向单向阀6的P6口，另一部分经过电磁卸荷阀4的P4口和T4口流回油箱，从单向阀6的T6口流出的液压油分别流向第一定差减压阀8的P8口和第二定差减压阀10的P10口，并从第一定差减压阀8的T8口和第二定差减压阀10的T10口分别流向第一三位四通电磁比例换向阀6的P6口和第二三位四通电磁比例换向阀7的P7口，接着液压油从第一三位四通电磁比例换向阀6的A6口和第二三位四通电磁比例换向阀7的A7口分别流向第一平衡阀12的A12口和第二平衡阀13的A13口，然后从第一平衡阀12的B12口和第二平衡阀13的B13口分别流向左侧液压油缸16的P16口和右侧液压油缸17的P17口，从左侧液压油缸16的T16口和右侧液压油缸17的T17口流出的液压油分别流向第一平衡阀12的C12口和第二平衡阀13的C13口，然后从第一平衡阀12的D12口和第二平衡阀13的D13口分别流向第一三位四通电磁比例换向阀6的B6口和第二三位四通电磁比例换向阀7的B7口，最后从第一三位四通电磁比例换向阀6的T6口和第二三位四通电磁比例换向阀7的T7口流出的液压油汇合后流回油箱5，组成液压油缸的缩回回路；如果需要，可以调节第一三位四通电磁比例换向阀6和第二三位四通电磁比例换向阀7适当调节液压油缸缩回速度。

Claims (3)

1.一种基于压力补偿的TBM竖向调向液压系统，其特征在于：包括电机(1)、高压泵(2)、电磁卸荷阀(4)、单向阀(3)、第一定差减压阀(8)、第二定差减压阀(10)、第一三位四通电磁比例换向阀(6)、第二三位四通电磁比例换向阀(7)、第一梭阀(9)、第二梭阀(11)、第一平衡阀(12)、第二平衡阀(13)、左侧位移传感器(14)、右侧位移传感器(15)、左侧液压油缸(16)、右侧液压油缸(17)和油箱(5)；
电机(1)带动高压泵(2)工作，高压泵(2)的进油口(P2)接油箱(5)，高压泵(2)的出油口(T2)同时与电磁卸荷阀(4)的进油口(P4)和单向阀(3)的进油口(P3)相连，电磁卸荷阀(4)的出油口(T4)与油箱(5)相连，单向阀(3)的出油口(T3)分别与第一定差减压阀(8)的进油口(P8)和第二定差减压阀(10)的进油口(P10)相连，第一定差减压阀(8)的控制油口(X8)与第一梭阀(9)的第三油口(C9)相连，第一定差减压阀(8)的出油口(T8)连接第一三位四通电磁比例换向阀(6)的第一油口(P6)，第一三位四通电磁比例换向阀(6)的第二油口(A6)同时与第一梭阀(9)的第一油口(A9)和第一平衡阀(12)的第一油口(A12)相连，第一平衡阀(12)的第二油口(B12)与左侧液压油缸(16)的无杆腔的油口(P16)相连，左侧液压油缸(16)的有杆腔的油口(T16)与第一平衡阀(12)的第三油口(C12)相连，第一平衡阀(12)的第四油口(D12)同时与第一梭阀(9)的第二油口(B9)和第一三位四通电磁比例换向阀(6)的第三油口(B6)相连，第一三位四通电磁比例换向阀(6)的第四油口(T6)与油箱(5)相连，第二定差减压阀(10)的控制油口(X10)与第二梭阀(11)的第三油口(C11)相连，第二定差减压阀(10)的出油口(T10)连接第二三位四通电磁比例换向阀(7)的第一油口(P7)，第二三位四通电磁比例换向阀(7)的第二油口(A7)同时与第二梭阀(11)的第一油口(A11)和第二平衡阀(13)的第一油口(A13)相连，第二平衡阀(13)的第二油口(B13)与右侧液压油缸(17)的无杆腔的油口(P17)相连，右侧液压油缸(17)的有杆腔的油口(T17)与第二平衡阀(13)的第三油口(C13)相连，第二平衡阀(13)的第四油口(D13)同时与第二梭阀(11)的第二油口(B11)和第二三位四通电磁比例换向阀(7)的第三油口(B7)相连，第二三位四通电磁比例换向阀(7)的第四油口(T7)与油箱(5)相连；左侧位移传感器(14)和右侧位移传感器(15)分别安装在左侧液压油缸(16)和右侧液压油缸(17)上；其中，左侧液压油缸(16)和右侧液压油缸(17)的进油口和出油口分别相互连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于压力补偿的TBM竖向调向液压系统，其特征在于：通过判断左侧位移传感器(14)和右侧位移传感器(15)测量值，然后给第一三位四通电磁比例换向阀(6)和第二三位四通电磁比例换向阀(7)信号，使第一三位四通电磁比例换向阀(6)和第二三位四通电磁比例换向阀(7)工作于左位或者右位，实现对左侧液压油缸(16)和右侧液压油缸(17)伸出和缩回的实时控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于压力补偿的TBM竖向调向液压系统，其特征在于：第一减压阀(8)、第二减压阀(10)、第一三位四通电磁比例换向阀(6)、第二三位四通电磁比例换向阀(7)、第一梭阀(9)和第二梭阀(11)组成压力补偿回路。
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