CN107781241A - 一种超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土压平衡盾构机土仓自动搅拌控制技术领域，具体涉及一种超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统，包括动力系统和控制执行系统，所述动力系统包括泵、电磁比例换向阀、液控换向阀、第一溢流阀、比例溢流阀、单向阀、球阀和过滤器；所述控制执行系统包括压力补偿阀、比例多路阀、第一减压阀和第二减压阀，所述动力系统的出口油路分别连接压力补偿阀、第一减压阀和第二减压阀的进油口。该自动搅拌装置根据地质情况的不同，实现不同转速的控制，并且根据实时出渣情况进行动态调整，该自动控制系统能够实现正反转无极调速，根据实际速度调节泵的排量，同时，根据掘进速度、土仓压力自动调节泵的压力，降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及土压平衡盾构机土仓自动搅拌控制技术领域，具体涉及一种超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统。
背景技术
目前，常规的土压平衡盾构机在城市地铁施工过程中，采用固定式的被动搅拌棒进行土仓搅拌，被动搅拌棒只能通过刀盘转动和渣土下落进行被动搅拌，搅拌效果不理想，容易造成土仓内渣土堆积、出土不畅，且经常会出现因土仓传统搅拌棒搅拌不均匀造成渣土流动性不足，形成泥饼，增大刀盘的扭矩，泥饼严重时，造成设备无法正常掘进。在大直径盾构中，因土仓增大，渣土的流动性更差，仅使用被动搅拌棒往往无法满足搅拌渣土增大其流动性的要求，如不更换搅拌装置，盾构机根本无法进行正常的掘进。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统，该系统通过控制搅拌棒的旋转实现更为充分的土仓搅拌，且可实现不同的搅拌棒的单独控制，可使渣土无规律流动，该自动搅拌装置根据地质情况的不同，实现不同转速的控制，并且根据实时出渣情况进行动态调整，该自动控制系统能够实现正反转无极调速，根据实际速度调节泵的排量，同时，根据掘进速度、土仓压力自动调节泵的压力，降低能耗。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统，包括动力系统和控制执行系统，所述动力系统包括泵、电磁比例换向阀、液控换向阀、第一溢流阀、比例溢流阀、单向阀、球阀和过滤器，所述泵的出口引出一路控制油连接电磁比例换向阀、比例溢流阀及液控换向阀，所述电磁比例换向阀的出油口连接液控换向阀的进油口，所述比例溢流阀的进油口同时连接液控换向阀的另一侧，所述泵的出口依次串联球阀、单向阀和过滤器后连接控制执行系统；所述控制执行系统包括压力补偿阀、比例多路阀、第一减压阀和第二减压阀，所述动力系统的出口油路分别连接压力补偿阀、第一减压阀和第二减压阀的进油口，所述压力补偿阀的出油口连接比例多路阀，所述第一减压阀的出油口连接比例多路阀的控制油路，所述第二减压阀的出油口连接马达。
进一步地，在所述泵的出口油路上设置有第一压力传感器和压力表。
进一步地，在所述马达的进口油路上通过梭阀连接有第二压力传感器。
进一步地，在所述马达的进口油路上设置有平衡阀。
进一步地，在所述第一减压阀的进口油路上并联有第二溢流阀。
进一步地，所述控制执行系统的数量为三个，且相互并联连接。
与现有技术相比，本发明的积极有益效果是：
本发明提供一种超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统，该自动控制系统为变量泵节流调速回路，够适应大扭矩、高转速的工况需求，同时能够实现无极调速、过载保护、双向旋转等功能，运行性能稳定，使用效果好。通过多个马达带动对应搅拌棒不同方向转速的转动，实现土仓充分的搅拌，可有效的减少土仓结泥饼状况，增加土仓渣土流动性，提高泡沫等渣土改良剂的改良效果，从而提高盾构机掘进效率，降低施工成本。
附图说明
图1是本发明一种超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统的结构示意图。
图中序号所代表的含义为：1.泵，2.电磁比例换向阀，3.第一溢流阀，4.比例溢流阀，5.压力表，6.第一压力传感器，7.球阀，8.单向阀，9.过滤器，10.比例多路阀，11.压力补偿阀，12.第二溢流阀，13.第一减压阀，14.梭阀，15.马达，16.第二减压阀，17.平衡阀，18.第二压力传感器，19.液控换向阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作出进一步详细说明：
实施例一，如图1所示，一种超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统，包括动力系统和控制执行系统，所述动力系统包括泵1、电磁比例换向阀2、液控换向阀19、第一溢流阀3、比例溢流阀4、单向阀8、球阀7和过滤器9，所述泵1的出口引出一路控制油连接电磁比例换向阀2、比例溢流阀4及液控换向阀19，所述电磁比例换向阀2的出油口连接液控换向阀19的进油口，所述比例溢流阀4的进油口同时连接液控换向阀19的另一侧，所述泵1的出口依次串联球阀7、单向阀8和过滤器9后连接控制执行系统；所述控制执行系统包括压力补偿阀11、比例多路阀10、第一减压阀13和第二减压阀16，所述动力系统的出口油路分别连接压力补偿阀11、第一减压阀13和第二减压阀16的进油口，所述压力补偿阀11的出油口连接比例多路阀10，所述第一减压阀13的出油口连接比例多路阀10的控制油路，所述第二减压阀16的出油口连接马达15。
所述第一溢流阀3通过三通连接在泵1的出油口上，用于比例溢流阀4失效时的安全保护。
在所述泵1的出口油路上设置有第一压力传感器6和压力表5，用来监测泵1输出的实时压力，便于对泵1的输出压力进行调节。
在所述马达15的进口油路上通过梭阀14连接有第二压力传感器18，第二压力传感器18用来检测马达15的工作压力。
在所述马达15的进口油路上设置有平衡阀17，可以使马达15及时停止且防止马达15被动转动。
在所述第一减压阀13的进口油路上并联有第二溢流阀12。
所述控制执行系统的数量为三个，且相互并联连接，使土仓搅拌更为充分，并且可根据不同搅拌棒的需求数对应增加数量。
本发明对渣土的适应能力强，系统的可靠性高，节能降耗。本发明采用PID自动控制技术，可实现土仓搅拌全自动控制，同时增加人工控制，首先通过第一压力传感器6采集负载最大压力，根据采集到的负载压力调节比例溢流阀4，实现负载压力与泵最大输出压力相匹配，同时通过各个控制执行系统的第二压力传感器18采集的负载值，调节比例多路阀10的开度，从而调整搅拌棒速度，当负载压力达到一定值时，比例多路阀10还可以换向，实现搅拌棒反转，同时，根据比例多路阀10的输入电流计算出整个系统所需要的流量，同步调整电磁比例换向阀2，从而调整泵1的输出排量，实现负载速度与泵1排量相匹配。同时，压力传感器采集泵出口压力及各个负载压力可反馈到人机界面，使用者可实时了解各搅拌棒的工况，第一压力传感器6旁并联压力表5，可实时与压力传感器数值对比，防止压力传感器失效或数值不准时影响系统的稳定性。
本系统泵1出口加装球阀7，可在出现漏油等意外情况或需要更换元器件管路时及时关闭球阀7，切断油源。泵1出口加装精密过滤器9，可防止油路中的铁屑等杂质损坏控制执行系统中的比例多路阀10、马达15等精密元件。
本系统采用比例多路阀10控制的双向马达15带动搅拌棒旋转，可根据刀盘转向转速及土仓压力来进行匹配，选择合适转向及转速来进行搅拌，且在出现某一负载压力过大时，可及时做出适应性调整，降低转速或反转，使整个系统更加高效、方便。同时回路增加双向平衡阀17，可更精准控制搅拌棒转动，本系统在泵出口加装第一溢流阀3，在比例溢流阀4出现意外故障或泵变量缸异常时可及时溢流，增加系统安全性。
控制阀采用集成的比例多路阀10，节省空间，比例多路阀10前增加压力补偿阀11，确保在不同负载的情况下，实现速度的调整与负载无关，使系统稳定准确。同时，在需要更多执行马达的时候可以直接并联增加比例多路阀10数量来实现控制执行系统方便快捷的增减。
从动力系统输出的压力油分为三个部分，一部分由压力补偿阀11进入比例多路阀10；另一部分由第一减压阀13进入比例多路阀10的控制油路，在压力油入口处并联第二溢流阀12，控制整个回路最大压力；还有一部分由第二减压阀16进入工作油路进行补油。在压力油进入比例多路阀主阀后，比例多路阀10通过控制阀正反向开口度来实现正反转及速度的控制，经过比例多路阀10后进入工作油路A、B，在工作油路A、B之前通过梭阀14连接第二压力传感器18，实时检测工作压力，同时，在工作油路A、B两路分别增加一个测压点，必要时可用压力表检测工作油路A、B两路压力。工作油路增加平衡阀17，可以使马达15及时停止且防止马达15被动转动，以马达15为执行元件带动搅拌棒进行搅拌，本实施例采用三个同样的控制执行系统，且相互并联连接，使土仓搅拌更为充分。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统，其特征在于，包括动力系统和控制执行系统，所述动力系统包括泵、电磁比例换向阀、液控换向阀、第一溢流阀、比例溢流阀、单向阀、球阀和过滤器，所述泵的出口引出一路控制油连接电磁比例换向阀、比例溢流阀及液控换向阀，所述电磁比例换向阀的出油口连接液控换向阀的进油口，所述比例溢流阀的进油口同时连接液控换向阀的另一侧，所述泵的出口依次串联球阀、单向阀和过滤器后连接控制执行系统；所述控制执行系统包括压力补偿阀、比例多路阀、第一减压阀和第二减压阀，所述动力系统的出口油路分别连接压力补偿阀、第一减压阀和第二减压阀的进油口，所述压力补偿阀的出油口连接比例多路阀，所述第一减压阀的出油口连接比例多路阀的控制油路，所述第二减压阀的出油口连接马达。
2.根据权利要求1所述的超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统，其特征在于，在所述泵的出口油路上设置有第一压力传感器和压力表。
3.根据权利要求1所述的超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统，其特征在于，在所述马达的进口油路上通过梭阀连接有第二压力传感器。
4.根据权利要求1所述的超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统，其特征在于，在所述马达的进口油路上设置有平衡阀。
5.根据权利要求1所述的超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统，其特征在于，在所述第一减压阀的进口油路上并联有第二溢流阀。
6.根据权利要求1至5任一项所述的超大直径土压平衡盾构机搅拌装置的自动控制系统，其特征在于，所述控制执行系统的数量为三个，且相互并联连接。
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