CN108869438A - 双护盾隧道掘进机及其主推油缸控制液压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双护盾隧道掘进机的主推油缸控制液压系统，包括供油系统和连接供油系统的主推换向阀，还包括多个油缸组及对应设置的多个阀组单元，每个油缸组包括多个并联设置的主推油缸，且每个油缸组均通过对应的阀组单元连接主推换向阀。由于阀组单元数量的减少，一方面简化了液压系统、减少了元件数量、降低了生产成本；另一方面也大大简化了控制逻辑，提高了系统可靠性。每组主推油缸采用一个阀组单元控制，只需根据相应数量的油缸对应的流量，对个别元件规格进行更换提高通流能力即可。本发明还公开了一种包括上述主推油缸控制液压系统的双护盾隧道掘进机。
Description
技术领域
本发明涉及隧道掘进领域，特别是涉及一种双护盾隧道掘进机的主推油缸控制液压系统。此外，本发明还涉及一种包括上述主推油缸控制液压系统的双护盾隧道掘进机。
背景技术
隧道掘进设备广泛应用于各种需要隧道挖掘的领域，其中，双护盾硬岩隧道掘进机更是一种能够适应复杂地层，并高度集成了机、电、液、光、控制以及材料等多学科技术于一体的高端隧道施工装备。在双护盾工作模式下工作时，掘进机可以同时进行掘进和管片拼装作业，能够明显缩短掘进和拼装工序间的等待时间，大大提高施工效率。其具体过程为：撑靴撑紧在洞壁上，主推油缸一端固定在撑紧盾，另一端推动前盾及刀盘向前掘进，推进的反力通过撑紧盾传递给撑靴，再通过撑靴传递给洞壁。也就是说，是由主推油缸提供设备向前掘进的推进力，同时控制设备掘进方向。
目前，常用的主推油缸控制液压系统是根据主推油缸的分组情况和具体数量，采用每根油缸对应一个阀组功能单元来进行控制，这种主推油缸控制液压系统完全能够实现主推油缸所需的推进速度、推力以及方向控制的要求。但是考虑到主推油缸在设备上的结构特点和安装方式可知，主推油缸前端全部是与前盾连接在一起，而后端是全部连接在撑紧盾上，因此主推油缸在实际的使用过程中都是同时伸出或者缩回，不存在某根主推油缸单独动作的情况。而主推油缸控制现有技术中常用的每根油缸采用一个阀组单元进行控制，一方面是系统的组成比较复杂，用的液压元件数量多，生产成本较高；另一方面，由于元件数量多，尤其是电磁阀，只要某根主推油缸对应的液压元件出现故障，譬如电磁阀控制线路松动或线圈烧坏等，则这根主推油缸在工作中就会处于被其他正常工作的主推油缸带着动作，此时可能会造成这根主推油缸吸空或者是憋压，再进一步则会造成主推油缸的结构损坏，因此这种液压推进系统对所使用的液压元件可靠性要求非常之高。
因此，如何提供一种结构简单且安全稳定的主推油缸控制液压系统是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种双护盾隧道掘进机的主推油缸控制液压系统，将多个主推油缸分组设置，每个油缸组内的多个主推油缸共用一个阀组单元，简化结构，并提高安全性和稳定性。本发明的另一目的是提供包括上述主推油缸控制液压系统的双护盾隧道掘进机。
为解决上述技术问题，本发明提供一种双护盾隧道掘进机的主推油缸控制液压系统，包括供油系统和连接所述供油系统的主推换向阀，还包括多个油缸组及对应设置的多个阀组单元，每个所述油缸组包括多个并联设置的主推油缸，且每个所述油缸组均通过对应的所述阀组单元连接所述主推换向阀。
优选地，所述主推换向阀具体为三位四通电液换向阀，所述三位四通电液换向阀的进油口连通所述供油系统，所述三位四通电液换向阀的一个油口通过所述阀组单元连通所述油缸组内全部所述主推油缸的无杆腔，所述三位四通电液换向阀的另一个油口连通所述油缸组内全部所述主推油缸的有杆腔。
优选地，所述阀组单元包括第一插装阀、第一电磁球阀和梭阀，所述第一插装阀的进油口连通所述三位四通电液换向阀，所述第一插装阀的出油口连通所述油缸组内全部所述主推油缸的无杆腔，所述梭阀的两个进油口分别连通所述三位四通电液换向阀和所述第一插装阀的出油口，所述梭阀的出油口通过所述第一电磁球阀连通所述第一插装阀的控制油口。
优选地，所述阀组单元包括第二插装阀和第二电磁球阀，所述第二插装阀的进油口连通所述油缸组内全部所述主推油缸的无杆腔并通过所述第二电磁球阀连通所述第二插装阀的控制油口，所述第二插装阀的出油口连通油箱。
优选地，所述阀组单元包括阻尼和第三电磁球阀，所述阻尼的进油口连通所述油缸组内全部所述主推油缸的无杆腔，所述阻尼的出油口通过所述第三电磁阀连通油箱。
优选地，所述主推油缸无杆腔的油口处设置有压力传感器。
优选地，所述阀组单元包括过滤器、比例调速阀和比例溢流阀。
优选地，所述主推油缸上设置有位移传感器。
本发明提供一种双护盾隧道掘进机，包括主推油缸控制液压系统，所述主推油缸控制液压系统具体为上述任意一项所述的主推油缸控制液压系统。
本发明提供一种双护盾隧道掘进机的主推油缸控制液压系统，包括供油系统和连接供油系统的主推换向阀，还包括多个油缸组及对应设置的多个阀组单元，每个油缸组包括多个并联设置的主推油缸，且每个油缸组均通过对应的阀组单元连接主推换向阀。
将多个主推油缸分组设置，每个油缸组内的多个主推油缸共用一个阀组单元，对每组主推油缸采用一个阀组单元进行控制，而不是每个主推油缸用一个阀组单元进行控制。由于阀组单元数量的减少，一方面简化了液压系统、减少了元件数量、降低了生产成本；另一方面也大大简化了控制逻辑，提高了系统可靠性。每组主推油缸采用一个阀组单元控制，只需根据相应数量的油缸对应的流量，对个别元件规格进行更换提高通流能力即可。
本发明还公开了一种包括上述主推油缸控制液压系统的双护盾隧道掘进机，由于上述主推油缸控制液压系统具有上述技术效果，上述双护盾隧道掘进机也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。
附图说明
图1为本发明所提供的主推油缸控制液压系统的一种具体实施方式的液压原理图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种双护盾隧道掘进机的主推油缸控制液压系统，将多个主推油缸分组设置，每个油缸组内的多个主推油缸共用一个阀组单元，简化结构，并提高安全性和稳定性。本发明的另一核心是提供包括上述主推油缸控制液压系统的双护盾隧道掘进机。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供的主推油缸控制液压系统的一种具体实施方式的液压原理图。
本发明具体实施方式提供一种双护盾隧道掘进机的主推油缸控制液压系统，包括供油系统和连接供油系统的主推换向阀，其中供油系统包括电机1、液压泵2、安全阀3和单向阀4，电机1为系统提供动力，驱动液压泵2工作，为系统提供压力油，单向阀4设置于液压泵2的出油口，能够防止液压油倒流回液压泵2，安全阀3具体为一个溢流阀，与液压泵2并联，保护系统安全。
液压推进系统还包括多个油缸组及对应设置的多个阀组单元，每个油缸组包括多个并联设置的主推油缸18，且每个油缸组均通过对应的阀组单元连接主推换向阀。具体地，可以根据实际使用状况的需要，将多个主推油缸18分为上下左右四组，也可调整分组情况及布置方式，均在本发明的保护范围之内。
将多个主推油缸18分组设置，每个油缸组内的多个主推油缸18共用一个阀组单元，对每组主推油缸18采用一个阀组单元进行控制，而不是每个主推油缸18用一个阀组单元进行控制。由于阀组单元数量的减少，一方面简化了液压系统、减少了元件数量、降低了生产成本；另一方面也大大简化了控制逻辑，提高了系统可靠性。每组主推油缸18采用一个阀组单元控制，只需根据相应数量的油缸对应的流量，对个别元件规格进行更换提高通流能力即可。
在本发明具体实施方式提供的主推油缸控制液压系统中，主推换向阀用于控制液压油进入主推油缸18的不同腔体，进而控制主推油缸18的伸缩，可以采用三位四通电液换向阀5，中位为O型，三位四通电液换向阀5的进油口连通供油系统，回油口连通油箱，三位四通电液换向阀5的A油口通过阀组单元连通油缸组内全部主推油缸18的无杆腔，三位四通电液换向阀5的B油口连通油缸组内全部主推油缸18的有杆腔。工作时，三位四通电液换向阀5处于右工作位，进油口P连通A油口，回油口T连通B油口，供油系统输出的高压油经由P-A油路进入阀组单元，最终进入主推油缸18的无杆腔，推动主推油缸18伸出，同时主推油缸18有杆腔的低压油经由B-T油路流回油箱，设备向前掘进。主推油缸18缩回时，三位四通电液换向阀5切换至左工作位，进油口P连通B油口，回油口T连通A油口，供油系统输出的高压油经由P-B油路进入主推油缸18的有杆腔，推动主推油缸18缩回，同时主推油缸18无杆腔的低压油可直接通过阀组单元流回油箱。也可采用其他类型的换向阀，也可以为单独电控或单独液控，均在本发明的保护范围之内。
为了保证正常工作效果，实现液压控制的稳定性，需要在阀组单元内设置多个阀门，完成液压油进出的控制。阀组单元包括过滤器6、比例调速阀7和比例溢流阀8，设置于阀组单元的进口处，过滤器6和比例调速阀7串联，过滤器6连接三位四通电液换向阀5的A油口，比例调速阀7的出口连通后续阀门，并分支出一条油路连接比例溢流阀8的进口，比例溢流阀8的出口连通油箱。过滤器6用于过滤进入阀组单元的油液，保护液压元件，比例调速阀7用于调节进入主推油缸18的油液流量，从而控制推进速度，比例溢流阀8用于控制某组主推油缸18无杆腔压力，从而控制该组的推力。
阀组单元为了实现无杆腔进油，包括第一插装阀17、第一电磁球阀15和梭阀16，第一插装阀17的进油口A连通三位四通电液换向阀5的A油口，本具体实施方式中两个油口是通过过滤器6和比例调速阀7实现连通的，实现液压油过滤及调速，第一插装阀17的出油口B连通油缸组内全部主推油缸18的无杆腔，梭阀16的两个进油口分别连通三位四通电液换向阀5和第一插装阀17的出油口，即梭阀16的两个进油口分别连通第一插装阀17的进油口A和出油口B。梭阀16的出油口通过第一电磁球阀15连通第一插装阀17的控制油口F，第一电磁球阀15具体为两位三通换向阀。
阀组单元为了实现无杆腔回油，包括第二插装阀11和第二电磁球阀9，第二插装阀11的进油口B连通油缸组内全部主推油缸18的无杆腔并通过第二电磁球阀9连通第二插装阀11的控制油口F，第二插装阀11的出油口A连通油箱，第二电磁球阀9具体为两位三通换向阀，同时第二插装阀11的出油口处设有连接油箱的保护溢流阀10，限制某组主推油缸18无杆腔压力，保护主推油缸18。
阀组单元为了实现无杆腔泄压，减小换向时的压力冲击，包括阻尼13和第三电磁球阀14，阻尼13的进油口连通油缸组内全部主推油缸18的无杆腔，阻尼13的出油口通过第三电磁阀14连通油箱，第三电磁阀14具体为二位三通换向阀。
具体工作过程如下：
未工作状态下，第一电磁球阀15失电，处于右工作位，高压油能够经由梭阀16和第一电磁球阀15进入第一插装阀17的控制油口F，因此控制油口F和进油口A两端压力相等，但是控制油口F的作用面积大于进油口A的作用面积，因此第一插装阀17处于关闭状态，液压油不能流通。第二电磁球阀9失电，处于右工作位，液压油经由第二电磁球阀9进入第二插装阀11带动的控制油口F，因此控制油口F和进油口B两端压力相等，但是控制油口F的作用面积大于进油口B的作用面积，因此第二插装阀11处于关闭状态，液油不能流通。
工作状态下，从液压泵2出来的压力油，经单向阀4到达三位四通电液换向阀5，三位四通电液换向阀5如之前所述的工作方式，处于右工作位，高压油经过滤器6过滤后再经过比例调速阀7到达第一插装阀17的进油口A，此时第一电磁球阀15得电，处于左工作位，控制油口F通回)，处于低压状态，进油口A处的高压油推动第一插装阀17阀芯动作，第一插装阀17打开，AB口连通，压力油就可以到达该组主推油缸18的无杆腔，推动主推油缸18伸出，而主推油缸18有杆腔的油液经管路汇合后到达三位四通电液换向阀5的B口，并经三位四通电液换向阀5的B-T油路回油。在这个过程中，通过比例调速阀7和比例溢流阀8来控制进入该组主推油缸18无杆腔油液的流量和压力，从而控制推进速度和推力大小，通过将不同组主推油缸18进油压力调节成不同的值还可以实现设备的推进方向控制。
设备掘进完一个行程后，主推油缸18需要缩回以为下一个掘进行程做准备。首先，在主推油缸18缩回指令发出时，其他电磁阀动作前，第三电磁球阀14会先得电一定时间，改变阻尼13与油箱的连通状态，使阻尼13连通油箱，主推油缸15无杆腔通过阻尼13和第三电磁球阀14通回油，将无杆腔的高压降低到一个较低的值。然后，从液压泵2出来的压力油，经单向阀4到达三位四通电液换向阀5，经三位四通电液换向阀5的P-B油路到主推油缸18有杆腔，推动主推油缸18缩回。此时，电磁球阀9得电，处于左工作位，控制油口F回油连通油箱，处于低压状态，进油口B处的高压油推动第二插装阀11阀芯动作，第二插装阀11开启，AB口连通，主推油缸18无杆腔的油液经二通插装阀11的B口到达A口后直接通回油。
在上述各具体实施方式提供的液压推进系统的基础上，主推油缸18无杆腔的油口处设置有压力传感器12，能够检测某组主推油缸18无杆腔压力，用于控制、计算推力。还可在主推油缸18上设置有位移传感器19，能够检测某组主推油缸18的位移，从而对设备的掘进方向进行控制。也可根据情况调整阀门的类型，均在本发明的保护范围之内。
除了上述液压推进系统，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述液压推进系统的隧道掘进设备，该隧道掘进设备其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
具体地，上述隧道掘进设备可以是双护盾硬岩隧道掘进机。
以上对本发明所提供的隧道掘进设备及其液压推进系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种双护盾隧道掘进机的主推油缸控制液压系统，包括供油系统和连接所述供油系统的主推换向阀，其特征在于，还包括多个油缸组及对应设置的多个阀组单元，每个所述油缸组包括多个并联设置的主推油缸(18)，且每个所述油缸组均通过对应的所述阀组单元连接所述主推换向阀。
2.根据权利要求1所述的主推油缸控制液压系统，其特征在于，所述主推换向阀具体为三位四通电液换向阀(5)，所述三位四通电液换向阀(5)的进油口连通所述供油系统，所述三位四通电液换向阀(5)的一个油口通过所述阀组单元连通所述油缸组内全部所述主推油缸(18)的无杆腔，所述三位四通电液换向阀(5)的另一个油口连通所述油缸组内全部所述主推油缸(18)的有杆腔。
3.根据权利要求2所述的主推油缸控制液压系统，其特征在于，所述阀组单元包括第一插装阀(17)、第一电磁球阀(15)和梭阀(16)，所述第一插装阀(17)的进油口连通所述三位四通电液换向阀(5)，所述第一插装阀(17)的出油口连通所述油缸组内全部所述主推油缸(18)的无杆腔，所述梭阀(16)的两个进油口分别连通所述三位四通电液换向阀(5)和所述第一插装阀(17)的出油口，所述梭阀(16)的出油口通过所述第一电磁球阀(15)连通所述第一插装阀(17)的控制油口。
4.根据权利要求3所述的主推油缸控制液压系统，其特征在于，所述阀组单元包括第二插装阀(11)和第二电磁球阀(9)，所述第二插装阀(11)的进油口连通所述油缸组内全部所述主推油缸(18)的无杆腔并通过所述第二电磁球阀(9)连通所述第二插装阀(11)的控制油口，所述第二插装阀(11)的出油口连通油箱。
5.根据权利要求4所述的主推油缸控制液压系统，其特征在于，所述阀组单元包括阻尼(13)和第三电磁球阀(14)，所述阻尼(13)的进油口连通所述油缸组内全部所述主推油缸(18)的无杆腔，所述阻尼(13)的出油口通过所述第三电磁阀(14)连通油箱。
6.根据权利要求5所述的主推油缸控制液压系统，其特征在于，所述主推油缸(18)无杆腔的油口处设置有压力传感器(12)。
7.根据权利要求6所述的主推油缸控制液压系统，其特征在于，所述阀组单元包括过滤器(6)、比例调速阀(7)和比例溢流阀(8)。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的主推油缸控制液压系统，其特征在于，所述主推油缸(18)上设置有位移传感器(19)。
9.一种双护盾隧道掘进机，包括液主推油缸控制液压系统，其特征在于，所述主推油缸控制液压系统系统具体为权利要求1至8任意一项所述的主推油缸控制液压系统。
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