CN110486027A - 一种采用冗余控制的盾构机液压推进系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用冗余控制的盾构机液压推进系统，系统主要由两套互为冗余的泵控供油系统组成，包括连通油箱的主变量油泵管路和冗余变量油泵管路和PLC控制单元，主变量油泵管路和冗余变量油泵管路并联后串联三位四通电磁换向阀和液压锁后连接分支油缸组；PLC控制单元的输入端连接第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器分别安装在推进系统的进油口和回油口上。解决了现阶段盾构液压泵控系统损坏后系统不能连续工作的难题，优点在于：将因盾构外界荷载变化导致的液压油缸负载波动反馈至PLC控制单元,实现了不同工况下盾构推进的速度需求，增加了推进系统的平稳性，整体提高了盾构机的掘进效率。
Description
技术领域
本发明涉及液压流体控制中电液系统控制设备领域,具体涉及一种采用冗余控制的盾构机液压推进系统。
背景技术
随着我国隧道地下工程领域的快速发展，越来越多的隧道正在被规划和建设，盾构机作为地下空间工程施工的大型装备正发挥着越来越重要的作用。虽然我国盾构机的应用及制造已经取得一定成绩，但在技术层面更多停留在对早期引进盾构技术的优化改进，结合我国工程地质对盾构机核心部件及控制系统攻关设计具有十分重要意义。
液压推进系统是盾构机关键子系统之一，现有液压推进系统设计上采用了一套泵控系统、控制模式为开环控制。这就导致着一旦这套系统损坏，不得长时间停机检修更换，严重影响了整个隧道工程的工期。另一方面，由于采用了开环系统控制，系统无法感知因为外界荷载变化导致的油缸压力波动，且盾构在不同的工况下油缸的动作及速度需要随时调整，如盾构机在空推无负载动作、油缸缩回动作、软土淤泥质等地层推进时可以适当加快推进速度，在复杂硬质等阻力较大地层中应适当减少推进速度，但现有盾构推进速度的调整更多依靠有经验的操作人员主观感知来调整。
综上所述，现阶段的技术中，存在问题如下：1.泵控推进系统损坏系统不能连续工作；2.盾构要适应不同工况下掘进速度动态调整的需求，调整难度大。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中泵控推进系统损坏系统不能连续工作及盾构适应不同工况下掘进速度动态调整的需求难度大的问题。
本发明的具体方案是：
设计一种采用冗余控制的盾构机液压推进系统，包括连通油箱的主变量油泵管路和冗余变量油泵管路，和PLC控制单元，所述主变量油泵管路和冗余变量油泵管路并联后串联三位四通电磁换向阀和液压锁后连接推进系统分支油缸组，所述分支油缸组的活塞杆输出端外接盾构机油路；PLC控制单元的输入端连接第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器分别安装在推进系统的进油口和回油口上，所述PLC控制单元的输出端连接主控电机和冗余控制电机以控制其启闭；所述主变量油泵管路包括主控电机、主变量油泵管路过滤器、主变量泵，主变量油泵管路过滤器入口端连接邮箱，出口端连接主变量泵，所述主变量泵与所述主控电机电路连接，所述冗余变量油泵管路包括依次连接的冗余变量油泵管路过滤器、冗余变量泵、支路检修阀、单向阀，其中冗余变量泵与所述冗余控制电机电路连接。
具体实施中，所述分支油缸组包括至少3个相并联的作为分支的液压油缸。所述干路上还设有干路检修阀。所述液压锁内设有防止管路内回流的单向阀。主变量油泵管路上设有第一溢流阀，所述冗余变量油泵管路上设有第二溢流阀。
本发明的有益效果在于：
（1）改变了现有液压推进系统设计模式，设计了一种采用冗余控制的盾构机液压推进系统，两套泵控系统互为冗余，当一套泵控系统损坏时，依靠另一套泵控系统保证工作的连续性，保障了整个隧道工程的工期。
(2) 一种采用冗余控制的盾构机液压推进系统采用了闭环控制，可以实时感知因为外界荷载变化导致的油缸压力波动，进而通过启动主变量泵和冗余变量泵的个数达到适应不同工况下盾构掘进速度控制及平稳推进的目的，整体提高了盾构机的掘进效率。
附图说明
图1为本发明的控制系统原理图；
图中为：1、主控电机，2、油箱，3、PLC控制单元，4、主变量油泵管路过滤器，5、主变量泵，6、第一溢流阀，7、冗余变量油泵管路过滤器，8、冗余变量泵，9、冗余控制电机，10、第二溢流阀，11、支路检修阀，12、单向阀，13、干路检修阀，14、三位四通电磁换向阀，15、液压锁，16、压力传感器，17、压力传感器，4.1、液压油缸，4.2、液压油缸，4.3、液压油缸，4.4、液压油缸，4.5、液压油缸。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种采用冗余控制的盾构机液压推进系统，参见图1，本发明包括：主控电机1、油箱2、PLC控制单元3、过滤器4、主变量泵5、溢流阀6、过滤器7、冗余变量泵8、冗余控制电机9、溢流阀10、支路检修阀11、单向阀12、干路检修阀13、三位四通电磁换向阀14、液压锁15、压力传感器16、压力传感器17、液压油缸4.1、液压油缸4.2、液压油缸4.3、液压油缸4.4、液压油缸4.5。
具体的，包括连通油箱的主变量油泵管路和冗余变量油泵管路，和PLC控制单元，主变量油泵管路和冗余变量油泵管路并联后串联三位四通电磁换向阀和液压锁后连接推进系统分支油缸组，分支油缸组的活塞杆输出端外接盾构机油路；PLC控制单元的输入端连接第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器分别安装在推进系统的进油口和回油口上，PLC控制单元的输出端连接主控电机和冗余控制电机以控制其启闭；主变量油泵管路包括主控电机1、主变量油泵管路过滤器4、主变量泵5，主变量油泵管路过滤器4入口端连接邮箱，出口端连接主变量泵5，主变量泵与主控电机电路连接，冗余变量油泵管路包括依次连接的冗余变量油泵管路过滤器7、冗余变量泵8、支路检修阀11、单向阀12，其中冗余变量泵与冗余控制电机9电路连接。
分支油缸组包括至少3个相并联的作为分支的液压油缸。干路上还设有干路检修阀13。液压锁内设有防止管路内回流的单向阀。主变量油泵管路上设有第一溢流阀6，冗余变量油泵管路上设有第二溢流阀10。
如图1所示，PLC控制单元3一方面接收系统进油口和回油口压力传感器16、17反馈的压力信号，另一方面控制系统主变量泵5和冗余变量泵8的工作状态。系统正常工作时，启动主变量泵5或冗余变量泵8，并定时切换两套泵控系统的工作状态，当一套泵控系统损坏时，PLC控制单元3不再定时切换两套泵控系统的工作状态，依靠一套泵控系统保证系统连续工作。压力传感器16和17将因盾构外界荷载变化导致的液压油缸负载波动反馈至PLC控制单元3，通过这种闭环反馈控制这两套互为冗余泵控系统的启动状态，通过泵启动数量调整系统供油量，进而实现了不同工况下盾构推进速度需求。当在空推无负载、软土淤泥质等地层、油缸回缩等工况下，外界荷载小，油缸反馈的负载波动小，此时PLC控制单元3控制同时启动主变量泵和冗余变量泵增加系统供油量，实现油缸的快速推进及回缩动作。当在复杂硬质等对阻力较大的地层中掘进时，外界荷载大，油缸反馈的负载波动大，此时PLC控制单元3控制启动主变量泵或冗余变量泵并定时切换，减少系统供油量，降低整个盾构机的推进速度，保证系统的平稳推进。
工作过程中，所述的系统阀组设置的过载保证阀组的回油口均连接油箱，当液压油缸作出向外推出动作时，所述的三位四通电磁换向阀14进油口P1和T4口连通，T4口和液压锁15的P3口连通，单向阀被顶开P3和T6口连通向液压油缸无杆腔供油，于此同时单向阀T7和P4口连通，P4、T5、P2口连通保证了液压油缸有杆腔可以通过液压锁回油。当液压油缸作出向内缩回动作时，所述的三位四通电磁换向阀14进油口P1和T5口连通，T5口和液压锁15的P4口连通，单向阀被顶开P4和T7口连通向液压油缸有杆腔供油，于此同时单向阀T6和P3口连通，P3、T4、P2口连通保证了液压油缸无杆腔可以通过液压锁回油。
如图1所示，主变量泵5、冗余变量泵8分别通过过滤器4和7连接油箱保证整个系统油路的液压油清洁，在主变量泵5和冗余变量泵8控制油量上分别设置有溢流阀6和溢流阀10保证控制油路的安全，主变量泵和冗余变量泵控制油量上设置的有支路检修阀11和13可以满足系统的正常维保检测。
如图1所示，所述的PLC控制单元3、压力传感器16、压力传感器17作为系统的监测判断模块接收反馈的压力信号来控制泵的启动数量。所述的液压锁15承担着当系统停机时候防止液压油泄露油缸动作，保障了系统的安全性。
本实施例中，解决了传统盾构液压泵控系统损坏后系统不能连续工作的难题，降低了设备停机延误工期的风险；实现了系统的闭环反馈速度调节，增加了推进系统的平稳性，整体提高了盾构机的掘进效率。本发明具有简单，操作性强及突出的应用技术效果
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种采用冗余控制的盾构机液压推进系统，其特征在于：包括连通油箱的主变量油泵管路和冗余变量油泵管路和PLC控制单元，所述主变量油泵管路和冗余变量油泵管路并联后串联三位四通电磁换向阀和液压锁后连接推进系统分支油缸组，所述分支油缸组的活塞杆输出端外接盾构机油路；PLC控制单元的输入端连接第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器分别安装在推进系统的进油口和回油口上，所述PLC控制单元的输出端连接主控电机和冗余控制电机以控制其启闭；
所述主变量油泵管路包括主控电机、主变量油泵管路过滤器、主变量泵，主变量油泵管路过滤器入口端连接邮箱，出口端连接主变量泵，所述主变量泵与所述主控电机电路连接，
所述冗余变量油泵管路包括依次连接的冗余变量油泵管路过滤器、冗余变量泵、支路检修阀、单向阀，其中冗余变量泵与所述冗余控制电机电路连接。
2.如权利要求1所述的采用冗余控制的盾构机液压推进系统，其特征在于：所述分支油缸组包括至少3个相并联的作为分支的液压油缸。
3.如权利要求1所述的采用冗余控制的盾构机液压推进系统，其特征在于：所述干路上还设有干路检修阀。
4.如权利要求1所述的采用冗余控制的盾构机液压推进系统，其特征在于：所述液压锁内设有防止管路内回流的单向阀。
5.如权利要求4所述的采用冗余控制的盾构机液压推进系统，其特征在于：主变量油泵管路上设有第一溢流阀，所述冗余变量油泵管路上设有第二溢流阀。
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