CN112922928A - 一种盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台及其方法，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台包括马达模块(20)，马达模块(20)含有柱塞马达(201)，柱塞马达(201)连接有电机(202)，电机(202)连接有储电单元(203)，当液驱测试时，柱塞马达(201)能够驱动减速机(10)和电机(202)转动；当电驱测试时，电机(202)能够驱动减速机(10)和柱塞马达(201)转动。该盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台能够将液驱测试时产生的机械能转换为电能储存，可实现多功能测试及多模式选择，以满足大排量泵、大排量马达的集成搭载测试及对刀盘大轴承的性能验证，同时节约了能源。

Description

一种盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台及其方法
技术领域
本发明涉及隧道施工设备检测领域，具体的是一种盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，还是一种盾构机主驱动系统电液驱动控制方法。
背景技术
盾构机主驱动液压系统为刀盘旋转提供动力，通过几个变量柱塞泵和若干个变量柱塞马达组成的液压闭式系统依次带动减速机、大齿轮驱动刀盘旋转，从而实现速度控制、方向控制和扭矩控制，其闭式系统采用补油回路以满足系统油液需求。目前涉及对大排量泵、大排量马达、刀盘大轴承的测试或集成搭载系统功能单一、能耗较大，无法满足液驱、电驱的全部测试需求。
发明内容
为了解决现有盾构机主驱动系统测试能耗大的问题，本发明提供了一种盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台及其方法，该盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台能够将液驱测试时产生的机械能转换为电能储存，可实现多功能测试及多模式选择，以满足大排量泵、大排量马达的集成搭载测试及对刀盘大轴承的性能验证，同时节约了能源。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，包括依次连接的柱塞泵模块、恒功率模块、调速模块、马达模块和减速机，马达模块含有柱塞马达，柱塞马达连接有电机，电机连接有储电单元，当液驱测试时，柱塞马达能够驱动减速机和电机转动，并使电机给储电单元充电；当电驱测试时，电机能够驱动减速机和柱塞马达转动。
一种盾构机主驱动系统电液驱动控制方法，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制方法采用了上述的盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制方法包括以下步骤：
当液驱测试时，柱塞泵模块驱动柱塞马达工作，柱塞马达驱动减速机和电机工作，并使电机给储电单元充电；
当电驱测试时，电机能够驱动减速机和柱塞马达工作。
本发明的有益效果是：该盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台能够将液驱测试时产生的机械能转换为电能储存，可实现多功能测试及多模式选择，以满足大排量泵、大排量马达的集成搭载测试及对刀盘大轴承的性能验证，同时节约了能源。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台的示意图。
图2是柱塞泵模块部位的示意图。
图3是补油模块部位的示意图。
图4是换向阀部位的示意图。
图5是恒功率模块部位的示意图。
图6是调速模块部位的示意图。
图7是加载模块部位的示意图。
图8是马达模块部位的示意图。
图9是恒功率模块模拟载荷时的示意图。
图10是减速机、电机和柱塞马达连接的示意图。
10、减速机；20、马达模块；30、调速模块；40、恒功率模块；50、柱塞泵模块；60、补油模块；70、加载模块；80、换向阀；
201、柱塞马达；202、电机；203、储电单元；204、传动机构；
301、两位四通换向阀；
401、比例溢流阀；402、恒功率阀；403、两位二通电磁球阀；
501、轴向柱塞泵；502、变频电机；503、溢流阀；504、节流阀；505、热油置换阀；
601、油罐；602、蝶阀；603、减震喉；604、补油泵；605、球阀；606、高压过滤器；607、单向阀；608、补油蓄能器安全阀组；609、蓄能器；610、溢流阀；
701、第一插装式单向阀；702、第二插装式单向阀；703、第三插装式单向阀；704、第四插装式单向阀；705、第五插装式单向阀；706、比例溢流阀；707、溢流阀；708、节流阀；
901、压力传感器；902、压力表；
1001、第一供油主管线；1002、第二供油主管线；1003、第三供油主管线；1004、第四供油主管线；1005、第五供油主管线；1006、第六供油主管线；1007、第七供油主管线；1008、第八供油主管线；1009、第九供油主管线；
1101、第一回油主管线；1102、第二回油主管线；
1201、第一回油支线；1202、第二回油支线；1203、第三回油支线；1204、第四回油支线。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，包括依次连接的柱塞泵模块50、恒功率模块40、调速模块30、马达模块20和减速机10，马达模块20含有柱塞马达201，柱塞马达201连接有电机202，电机202连接有储电单元203，当液驱测试时，柱塞马达201能够驱动减速机10的输出轴和电机202的输出轴转动，并使电机202给储电单元203充电；当电驱测试时，电机202能够驱动减速机10的输出轴和柱塞马达201的输出轴转动，如图1至图10所示。
在本发明中，当液驱测试时，柱塞泵模块50将液压能输送给马达模块20，电机202的作用为发电机，电机202既可以将柱塞马达201驱动减速机10工作的机械能转为电能并储存在储电单元203(如蓄电池)中，也可以模拟盾构机工作时的载荷。当电驱测试时，电机202的作用为电动机，将储电单元203储存的电能转为柱塞马达201和减速机10工作的机械能，从而节约了能源。
在本实施例中，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台含有多个并联设置的柱塞泵模块50，柱塞泵模块50含有轴向柱塞泵501，轴向柱塞泵501由变频电机502驱动，变频电机502配有钟形罩、联轴器及减震条。轴向柱塞泵501可以为待测试柱塞泵或非测试柱塞泵。柱塞泵模块50的油路配有压力表、电磁换向阀和安装地板，实现轴向柱塞泵501正反转及系统压力检测，如图2所示。
例如，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台含有三个并联设置的柱塞泵模块50，可搭载三台轴向柱塞泵501进行检测，第一个柱塞泵模块50的回路中可以含有溢流阀503，以保证补油压力，第二个和第三个柱塞泵模块50的含有回路中可以含有节流阀504，以保证供油流量。
在本实施例中，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台还包括补油模块60，补油模块60主要实现大流量补油输出，补油模块60通过第一供油主管线1001与柱塞泵模块50连接，补油模块60能够向柱塞泵模块50供应油液。柱塞泵模块50的内部集成热油置换阀505，可以将补油模块60补充的油液与系统回油置换，从而冷却系统油液，如图1和图3所示。
在本实施例中，补油模块60含有依次连接的油罐601、蝶阀602、减震喉603、补油泵604、球阀605、高压过滤器606和单向阀607，球阀605和高压过滤器606之间连接有溢流阀610。补油模块60还含有压力传感器和压力表，保证补油泵604的补油压力、流量正常。
在本实施例中，第一供油主管线1001上连接有补油蓄能器安全阀组608，补油蓄能器安全阀组608连接有蓄能器609，补油蓄能器安全阀组608和蓄能器609能够使第一供油主管线1001内的压力稳定并吸收第一供油主管线1001内的部分压力波动，如图3和图4所示。
在本实施例中，柱塞泵模块50通过第二供油主管线1002和第三供油主管线1003与恒功率模块40连接，恒功率模块40通过第四供油主管线1004与调速模块30连接，调速模块30通过第五供油主管线1005、第六供油主管线1006和第七供油主管线1007与马达模块20连接，恒功率模块40能够控制第四供油主管线1004中油液的压力和流量，调速模块30能够控制柱塞马达201低速运转和高速运转。所述盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台含有多个并联设置的马达模块20，马达模块20含有柱塞马达201，柱塞马达201可以为待测试柱塞马达或非测试柱塞马达。
恒功率模块40含有比例溢流阀401、恒功率阀402、两位二通电磁球阀403、压力传感器901和压力表902，调速模块30通过检测系统压力、流量实现液压系统的恒功率控制。调速模块30含有两位四通换向阀301，通过两位四通换向阀301得电、失电来控制马达的低速和高速运转，如图5和图6所示。
恒功率模块40主要实现轴向柱塞泵501输出油液通过控制恒功率模块40及调速模块30实现系统的压力控制、恒功率控制、转速控制及马达的高低速切换。柱塞泵模块50的进入系统的油液回路装有球阀(带开/闭限位开关)，恒功率模块40对系统压力、流量实时监测，从而实现对系统压力、流量控制。调速模块30可实现柱塞马达201的速度的高低速切换。
在本实施例中，柱塞泵模块50和马达模块20之间设有第一回油主管线1101和第二回油主管线1102，马达模块20通过第一回油支线1201与第一回油主管线1101连接，马达模块20通过第二回油支线1202与第二回油主管线1102连接，柱塞泵模块50通过第三回油支线1203与第一回油主管线1101连接，柱塞泵模块50通过第四回油支线1204与第二回油主管线1102连接。
在本实施例中，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台还包括加载模块70，第一回油主管线1101的一端与加载模块70的B接口连接，第二回油主管线1102的一端与加载模块70的A接口连接，加载模块70的P接口通过依次第八供油主管线1008和换向阀80(可以为手动换向阀)与第一供油主管线1001连接，通过控制换向阀80，补油模块60可以向柱塞泵模块50或加载模块70供应液压油。第一回油主管线1101的另一端和第二回油主管线1102的另一端均与第九供油主管线1009的一端连接，第九供油主管线1009的另一端与恒功率模块40连接；当电驱测试时，加载模块70能够模拟载荷，如图7所示。
具体的，加载模块70含有五个插装式单向阀，所述五个插装式单向阀分别为第一插装式单向阀701、第二插装式单向阀702、第三插装式单向阀703、第四插装式单向阀704和第五插装式单向阀705，第一插装式单向阀701的出口与第二插装式单向阀702的入口连通，第二插装式单向阀702的出口与第四插装式单向阀704的出口连通，第三插装式单向阀703的出口与第一插装式单向阀701的入口连通，第三插装式单向阀703的入口外连接有溢流阀707，第三插装式单向阀703的控制口外连接有比例溢流阀706，第四插装式单向阀704的入口与第五插装式单向阀705的出口连通，第五插装式单向阀705的入口与第一插装式单向阀701的入口连通，第一插装式单向阀701的出口与第二插装式单向阀702的入口之间连接有压力传感器901，第四插装式单向阀704的入口与第五插装式单向阀705的出口之间连接有压力传感器901，加载模块70的A接口与第五插装式单向阀705的出口连通，加载模块70的B接口与第一插装式单向阀701的出口连通，加载模块70的P接口与第四插装式单向阀704的出口连通。
加载模块70具体实现功能为，当柱塞泵模块50停止运行后，手动切换换向阀80(带开/闭限位开关)于上位，补油泵604经加载模块70供油至柱塞马达201的低压侧，柱塞马达201的回油经加载模块70至柱塞马达201的低压侧，实现开环的控制，柱塞马达201的同时也对电机202发电，储能。当电机202启动工作时，电机202驱动柱塞马达201和减速机10，液压系统由加载模块70内的比例溢流阀706提供模拟加载力，从而实现闭式回路，达到电驱运行状态，如图2和图9所示。
在本实施例中，该盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台还含有试验台架，柱塞泵模块50、恒功率模块40、调速模块30、马达模块20和减速机10均可以设置于试验台架上，减速机10依次连接有刀盘和待测试大轴承，柱塞马达201与减速机10连接，电机202通过传动机构204与减速机10连接，如图10所示，柱塞马达201驱动减速机10、刀盘和待测试大轴承转动为现有技术。
下面介绍一种盾构机主驱动系统电液驱动控制方法，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制方法采用了上述的盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，该盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台能够实现液驱测试和电驱测试，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制方法包括以下步骤：
当液驱测试时，柱塞泵模块50依次通过恒功率模块40和调速模块30向马达模块20供应液压油，实现柱塞泵模块50驱动柱塞马达201工作，柱塞马达201再驱动减速机10和电机202工作，电机202工作时给储电单元203充电，将机械能转换为电能储存(转换过程中有能量损耗)，减速机10工作时带动刀盘和待测试轴承转动；恒功率模块40及调速模块30实现液压系统的压力控制、恒功率控制、转速控制及马达的高低速切换，补油模块60可以根据需要向柱塞泵模块50供应液压油。
当电驱测试时，柱塞泵模块50停止工作，储电单元203向电机202供电，使电机202工作，电机202驱动减速机10和柱塞马达201工作，将电能转换为机械能(转换过程中有能量损耗)，控制换向阀80使补油模块60通过第八供油主管线1008向加载模块70供应液压油，加载模块70可以模拟载荷，通过控制比例溢流阀706控制模拟加载力的大小。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，其特征在于，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台包括依次连接的柱塞泵模块(50)、恒功率模块(40)、调速模块(30)、马达模块(20)和减速机(10)，马达模块(20)含有柱塞马达(201)，柱塞马达(201)连接有电机(202)，电机(202)连接有储电单元(203)，当液驱测试时，柱塞马达(201)能够驱动减速机(10)和电机(202)转动，并使电机(202)给储电单元(203)充电；当电驱测试时，电机(202)能够驱动减速机(10)和柱塞马达(201)转动。
2.根据权利要求1所述的盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，其特征在于，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台含有多个并联设置的柱塞泵模块(50)，柱塞泵模块(50)含有轴向柱塞泵(501)，轴向柱塞泵(501)由变频电机(502)驱动，变频电机(502)配有钟形罩、联轴器及减震条。
3.根据权利要求1所述的盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，其特征在于，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台还包括补油模块(60)，补油模块(60)通过第一供油主管线(1001)与柱塞泵模块(50)连接，补油模块(60)能够向柱塞泵模块(50)供应油液。
4.根据权利要求3所述的盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，其特征在于，补油模块(60)含有依次连接的油罐(601)、蝶阀(602)、减震喉(603)、补油泵(604)、球阀(605)、高压过滤器(606)和单向阀(607)，球阀(605)和高压过滤器(606)之间连接有溢流阀(610)。
5.根据权利要求3所述的盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，其特征在于，第一供油主管线(1001)连接有补油蓄能器安全阀组(608)，补油蓄能器安全阀组(608)连接有蓄能器(609)，补油蓄能器安全阀组(608)和蓄能器(609)能够使第一供油主管线(1001)内的压力稳定并吸收第一供油主管线(1001)内的部分压力波动。
6.根据权利要求1所述的盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，其特征在于，柱塞泵模块(50)通过第二供油主管线(1002)和第三供油主管线(1003)与恒功率模块(40)连接，恒功率模块(40)通过第四供油主管线(1004)与调速模块(30)连接，调速模块(30)通过第五供油主管线(1005)、第六供油主管线(1006)和第七供油主管线(1007)与马达模块(20)连接，恒功率模块(40)能够控制第四供油主管线(1004)中油液的压力和流量，调速模块(30)能够控制柱塞马达(201)低速运转和高速运转。
7.根据权利要求6所述的盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，其特征在于，柱塞泵模块(50)和马达模块(20)之间设有第一回油主管线(1101)和第二回油主管线(1102)，马达模块(20)通过第一回油支线(1201)与第一回油主管线(1101)连接，马达模块(20)通过第二回油支线(1202)与第二回油主管线(1102)连接，柱塞泵模块(50)通过第三回油支线(1203)与第一回油主管线(1101)连接，柱塞泵模块(50)通过第四回油支线(1204)与第二回油主管线(1102)连接。
8.根据权利要求7所述的盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，其特征在于，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台还包括加载模块(70)，第一回油主管线(1101)的一端与加载模块(70)的B接口连接，第二回油主管线(1102)的一端与加载模块(70)的A接口连接，加载模块(70)的P接口通过依次第八供油主管线(1008)和换向阀(80)与第一供油主管线(1001)连接，第一回油主管线(1101)的另一端和第二回油主管线(1102)的另一端均与第九供油主管线(1009)的一端连接，第九供油主管线(1009)的另一端与恒功率模块(40)连接；当电驱测试时，加载模块(70)能够模拟载荷。
9.根据权利要求8所述的盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，其特征在于，加载模块(70)含有五个插装式单向阀，所述五个插装式单向阀分别为第一插装式单向阀(701)、第二插装式单向阀(702)、第三插装式单向阀(703)、第四插装式单向阀(704)和第五插装式单向阀(705)，第一插装式单向阀(701)的出口与第二插装式单向阀(702)的入口连通，第二插装式单向阀(702)的出口与第四插装式单向阀(704)的出口连通，第三插装式单向阀(703)的出口与第一插装式单向阀(701)的入口连通，第三插装式单向阀(703)的入口外连接有溢流阀(707)，第三插装式单向阀(703)的控制口外连接有比例溢流阀(706)，第四插装式单向阀(704)的入口与第五插装式单向阀(705)的出口连通，第五插装式单向阀(705)的入口与第一插装式单向阀(701)的入口连通，第一插装式单向阀(701)的出口与第二插装式单向阀(702)的入口之间连接有压力传感器(901)，第四插装式单向阀(704)的入口与第五插装式单向阀(705)的出口之间连接有压力传感器(901)，加载模块(70)的A接口与第五插装式单向阀(705)的出口连通，加载模块(70)的B接口与第一插装式单向阀(701)的出口连通，加载模块(70)的P接口与第四插装式单向阀(704)的出口连通。
10.一种盾构机主驱动系统电液驱动控制方法，其特征在于，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制方法采用了权利要求1所述的盾构机主驱动系统电液驱动控制试验台，所述盾构机主驱动系统电液驱动控制方法包括以下步骤：
当液驱测试时，柱塞泵模块(50)驱动柱塞马达(201)工作，柱塞马达(201)驱动减速机(10)和电机(202)工作，并使电机(202)给储电单元(203)充电；
当电驱测试时，电机(202)能够驱动减速机(10)和柱塞马达(201)工作。
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