CN1287094C - 采用比例流量压力复合控制的盾构掘进机液压推进系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用比例流量压力复合控制的盾构掘进机液压推进系统。它包括二位二通电磁球阀、比例调速阀、比例溢流阀、三位四通电磁换向阀、液压锁、平衡阀、压力传感器及带内置式位移传感器的液压油缸。推进系统中采用比例调速阀控制推进速度，采用比例溢流阀控制推进压力，通过合适的控制策略实现推进速度和推进压力的复合控制。本发明由于采用了比例流量压力复合控制技术，可实时控制盾构推进过程中的推进速度和推进压力，从而实现在施工过程中对土仓压力、地层稳定和地表沉降的控制。采用本发明的推进系统能够使盾构适应各种复杂的地层，实现精确的姿态和方向控制，系统节能效果好。适合于大功率、大流量、变负载的应用场合。
Description
技术领域
本发明涉及流体压力执行机构，尤其涉及一种采用比例流量压力复合控制的盾构掘进机液压推进系统。
背景技术
盾构是一种全断面隧道掘进机，它在一个既能支撑地层压力又能在地层中推进的圆形或矩形和马蹄形等特殊形状钢筒结构的掩护下，能完成挖掘、出土、隧道支护等工作。其最大特点就是整个隧道掘进过程都是在这个被称作护盾的钢结构的掩护下完成的，从而可最大限度地避免坍塌和地表变形。与传统的隧道掘进技术相比，盾构法施工具有安全可靠、机械化程度高、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构。
盾构掘进机推进系统承担着整个盾构机械的顶进任务，要求在任何负载情况下都能精确及时地对盾构的姿态和方向进行控制，使得盾构掘进机能精确地沿着事先设定好的路线前进，是盾构掘进机的关键系统之一。盾构的动力传递及控制系统具有传递功率大、负载多变、运动复杂、控制精度和可靠性要求高、安装空间小和环境恶劣等特点。液压传动及控制系统固有的特点恰恰能够满足盾构的这种需求。近年迅速发展的电液控制(系统)技术综合利用了电子技术在信号检测、放大、处理和传输方面的优势与液压在功率转换放大和执行上的优势，成了盾构动力传递和控制不可替代的方式。
现代盾构控制地表沉降和减少对土体扰动的最基本和有效的方法是采用压力平衡(泥水平衡和土压平衡)技术。要求根据工作面实际压力的变化及时调整推进速度和出土量，保证工作面有合适的支撑压力。比较初级的方法是通过预先设定土仓内压力值以达到稳定地层的目的，在施工中根据地表沉降情况再进行调整，是一种“滞后式”的土压纠正。由于开挖面上土层的原始应力比较复杂，这种预先设定与滞后调整的结果会使地面产生较大隆起或塌陷，地层稳定和地表沉降控制的效果在很大程度上取决于施工人员的经验，施工质量难以保证。因此，如何根据工作面土压或地表变形实时调整推进速度和出土量是关系盾构可靠掘进的关键技术问题。
通过液压缸的协调动作使盾构保持合适的姿态是盾构能沿着设计的路线方向准确地向前推进的有效措施。但在实际过程中，由于土层条件的复杂和施工中诸多不可预见因素的作用，常使盾构推进过程中发生姿态的变化，出现盾构偏离设计轴线的情况。当盾构机在曲线推进、纠偏、抬头推进或叩头推进过程中，实际开挖断面不是圆形而是椭圆，一方面造成不必要的超挖影响掘进速度，另一方面会加剧土体扰动增加地表变形，这种影响随盾构偏离程度的增加而急剧增加。因此如何通过控制液压缸保持盾构正确的姿态和及时纠正偏差也是保证盾构高效掘进的关键技术问题。
发明内容
为了克服背景技术中盾构掘进机施工过程存在的问题，本发明提供一种采用比例流量压力复合控制的盾构掘进机液压推进系统，可以保证液压系统能够在非线性大负载工况下实现流量压力的复合控制，并具有较高的灵敏度和精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括：二位二通电磁球阀、比例调速阀、比例溢流阀、三位四通电磁换向阀、液压锁、平衡阀、压力传感器、带内置式位移传感器的液压油缸。二位二通电磁球阀的进油口P1与比例调速阀的进油口P2连通，二位二通电磁球阀的出油口T1分别与比例调速阀的出油口T2、比例溢流阀的进油口P3、三位四通电磁换向阀的进油口P4连通，比例溢流阀的出油口T3与三位四通电磁换向阀的回油口T4连通接油箱，液压锁的进油口A2与三位四通电磁换向阀的出油口A1连通，液压锁的进油口B2与三位四通电磁换向阀的出油口B1连通，平衡阀的进油口F与液压锁的出油口A3连通，平衡阀的出油口V分别与压力传感器和带内置式位移传感器的液压油缸的无杆腔连通，平衡阀的控制油口S分别与液压锁的出油口B3和带内置式位移传感器的液压油缸的有杆腔连通。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：
1)本发明在各分组区采用比例调速阀和比例溢流阀来实现流量压力的复合控制，可以根据盾构姿态和土仓压力实时调整液压油缸的推进速度和推进压力，并保持液压油缸的协调与同步。
2)采用该系统可准确地控制推进过程中的推进速度和推进压力。并具有较高的灵敏度和精度。
本发明能够使盾构适应各种复杂的地层，实现精确的姿态和方向控制，系统节能效果好。适合于大功率、大流量、变负载的应用场合。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图为采用比例流量压力复合控制的盾构掘进机液压推进系统原理图。
图中：1.二位二通电磁球阀，2.比例调速阀，3.比例溢流阀，4.三位四通电磁换向阀，5.液压锁，6.平衡阀，7.压力传感器，8.带内置式位移传感器的液压油缸，9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25为管路。
具体实施方式
附图中二位二通电磁球阀1和比例调速阀2通过管路10、11、12、13并联连接，二位二通电磁球阀1一端与管路12连接，另一端与管路13连接；比例调速阀2一端与管路10连接，另一端与管路11连接；比例溢流阀3一端与管路16连接，另一端与管路17连接；三位四通电磁换向阀4的进油口P4与管路15连接，回油口T4与管路18连接，三位四通电磁换向阀4的出油口A1与管路19连接，出油口B1与管路20连接；管路17和管路18并联连接后回油箱；液压锁5的进油口A2与管路19连接，进油口B2与管路20连接，出油口A3与管路21连接，出油口B3与管路22连接；平衡阀6的进油口F与管路21连接，出油口V与管路25连接，控制口S与管路23连接；液压油缸8的无杆腔与管路25连接，液压油缸8的有杆腔与管路24连接；压力传感器7连接在管路25上，靠近液压油缸8的无杆腔。
采用比例流量压力复合控制的盾构掘进机液压推进系统的工作原理如下：
盾构掘进机朝前推进时，二位二通电磁球阀1的电磁阀失电，关闭二位二通电磁球阀1，系统压力油经管路9、10进入比例调速阀2的进油口P2，从比例调速阀2出油口T2流出，进入管路11，经管路14、15流入三位四通电磁换向阀的进油口P4，此时三位四通电磁换向阀4处于a位置，三位四通电磁换向阀4中的进油口P4和出油口A1连通，回油口T4和出油口B1连通，压力油经三位四通电磁换向阀4的出油口A1流出，通过管路19进入液压锁5的进油口A2，从液压锁5的出油口A3流出，经管路21流入平衡阀6的进油口F，从平衡阀6中的旁通单向阀到达出油口V，最后通过管路25进入液压油缸8的无杆腔，推动液压油缸的柱塞杆向前运动。液压油缸的柱塞杆向前推进时，液压油缸有杆腔的液压油经管路24、22进入液压锁5的出油口B3，从液压锁5的进油口B2流出，通过管路20进入三位四通电磁换向阀4的出油口B1，然后从三位四通电磁换向阀4的回油口T4流出，最后经管路18流回油箱。
推进过程中，推进速度的大小可由液压油缸8中的内置式位移传感器实时检测推进位移，转换成电信号反馈到比例调速阀2的比例电磁铁上，控制比例调速阀2中节流口的开度来实现。系统中多余的流量可通过管路11、16流入比例溢流阀3的进油口P3，从比例溢流阀3的出油口T3流出，经管路17流回油箱。为了保持开挖面的稳定性，还必须实时控制推进压力，此时可由压力传感器7检测液压油缸的推进压力，转换成电信号反馈到比例溢流阀3的比例电磁铁上，控制比例溢流阀3的节流口大小来实现，通过分组中的比例调速阀2和比例溢流阀3构成比例流量压力复合控制，可以实时控制推进液压油缸的推进速度及推进压力。
推进液压油缸的快速退回控制回路可实现液压油缸的单独退回操作，以满足管片拼装的要求。快退时，二位二通电磁球阀1的电磁阀得电，二位二通电磁球阀1的进油口P1和出油口T1连通，短路比例调速阀2，系统采用大流量供油，系统压力油从管路9、12进入二位二通电磁球阀1的进油口P1，从二位二通电磁球阀1的出油口T1流出，经管路13、15进入三位四通电磁换向阀进油口P4，此时三位四通电磁换向阀4切换到工作状态b位置，三位四通电磁换向阀4的进油口P4与出油口B1连通，回油口T4与出油口A1连通，压力油经管路20流入液压锁5的进油口B2，从液压锁5的出油口B3流出，流入管路22。此时压力油分两路，一路经管路23流入平衡阀6的控制油口S，顶开平衡阀6中的压力阀，使得平衡阀6的出油口V和进油口F连通，另一路经管路24进入液压油缸8的有杆腔，推动液压油缸8的柱塞杆快速回退，回退时液压油缸8无杆腔的压力油经管路25流入平衡阀6的出油口V，从平衡阀6的进油口F流出，经管路21流入液压锁5的出油口A3，从液压锁5的进油口A2流出，进入管路19到达三位四通电磁换向阀4的出油口A1，然后从三位四通电磁换向阀4的回油口T4流出，通过管路18流回油箱。
管片拼装时，并非所有的液压油缸柱塞杆都须回退，有的液压油缸柱塞杆还必须顶住管片，此时相应的三位四通电磁换向阀4失电处于中位，与液压锁5形成锁紧回路，可很好的防止油的泄漏，保证液压油缸的活塞杆顶住管片，以利于其它管片的拼装。液压推进系统控制回路中还设有一个平衡阀6，该平衡阀在管片拼装、液压油缸单独退回时，能起到运动平稳的作用。
Claims (1)
1、一种采用比例流量压力复合控制的盾构掘进机液压推进系统，包括平衡阀、比例溢流阀、液压油缸；其特征在于还包括：二位二通电磁球阀(1)、比例调速阀(2)、三位四通电磁换向阀(4)、液压锁(5)、压力传感器(7)；二位二通电磁球阀(1)的进油口P1与比例调速阀(2)的进油口P2连通，二位二通电磁球阀(1)的出油口T1分别与比例调速阀(2)的出油口T2、比例溢流阀(3)的进油口P3、三位四通电磁换向阀(4)的进油口P4连通，比例溢流阀(3)的出油口T3与三位四通电磁换向阀(4)的回油口T4连通接油箱，液压锁(5)的进油口A2与三位四通电磁换向阀(4)的出油口A1连通，液压锁(5)的进油口B2与三位四通电磁换向阀(4)的出油口B1连通，平衡阀(6)的进油口F与液压锁(5)的出油口A3连通，平衡阀(6)的出油口V分别与压力传感器(7)和带内置式位移传感器的液压油缸(8)的无杆腔连通，平衡阀(6)的控制油口S分别与液压锁(5)的出油口B3和带内置式位移传感器的液压油缸(8)的有杆腔连通。
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