专利名称：用于盾构推进系统试验的地层模拟液压多模式加载系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地层模拟液压多模式加载系统，尤其是涉及一种用于盾构推进系 统试验的地层模拟液压多模式加载系统。
背景技术：
加载系统广泛地应用于各种场合，如土力学实验的土体加载、金属材料性能的拉 伸-压缩加载、轴承寿命测试的加载等等。加载方法有机械形式的加载，如通过机械传动 机构对待加载系统施加推力；有电气形式的加载，如通过伺服电机实现角度量控制的加载； 有流体传动形势的加载，如通过液压马达提供扭矩，通过液压缸对测试系统施加恒力。由于液压传动具有功率密度大的特点，即功率-体积比大，而加载系统要求输出 功率足够大以实现加载，因此液压技术在加载系统上具有很大的优势。液压传动装置工作 时候比较平稳，没有机械传动系统的巨大冲击；同时由于具有液压过载保护，避免了电力传 动中的过载而烧毁电机的问题。液压传动能实现大范围的无级调速，而机械传动往往是有 级的，电力传动虽然可以通过变频控制实现无级调速，但在大传动比的场合调节平稳性较 差，所以液压传动在调速范围上具有很大的优势。液压传动通过液压缸可以方便地实现直 线运动，而使用机械传动实现比较复杂，电力传动实现直线运动可使用直线电机，但是不能 提供力的加载。传统的液压加载系统，通常功能比较单一。如液动换向阀的试验台是通过节流阀 实现负载的模拟，液压压力加载试验台则是通过溢流阀实现力的加载。本发明所提出的用 于盾构推进系统试验的地层模拟液压多模式加载系统，是具有施加多种不同性质的负载的 功能，通用性较好，可以满足多种应用场合的要求。针对盾构掘进的两种掘进模式(调压推 进模式与调速推进模式)，可以选择以下三种性质的模拟负载进行加载调压推进模式下使 用的由比例调速阀控制加载液压缸无杆腔油口流量的速度负载，调速推进模式下使用的由 比例溢流法控制加载液压缸无杆腔压力的压力负载，以上两种模式下均可使用的由比例节 流阀控制加载液压缸无杆腔油口的节流特性的节流负载。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于盾构推进系统试验的地层模拟液压多模式加载 系统。通过选择三种不同性质的模拟负载进行加载，依据现有实际施工数据用模拟负载取 代实际掘进地质土层，可以方便在试验室模拟盾构掘进过程中的调压推进模式和调速推进 模式，对新型盾构液压推进系统进行测试，为盾构设计提供依据及试验条件。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是
本发明包括由推进液压缸组成的液压推进系统，液压推进系统的一个油口与推进液压 缸无杆腔连接，液压推进系统的另一个油口与推进液压缸有杆腔连接；其特征在于还包 括三个插装阀、三个液阻、三个两位三通电磁换向阀、三个梭阀，六个测压口、二个比例溢流 阀、比例流量阀、比例节流阀、液压泵、电机和加载液压缸；第一个比例溢流阀的进油口与补油装置的出油口和单向阀的进油口连接，第一个比例溢流阀的出油口和加载液压缸的有杆 腔均与油箱连接，单向阀的出油口分别与加载液压缸的无杆腔，第一个插装阀的油口 al，第 一个梭阀进油口 c2，第二个测压口，第二个插装阀的油口 a2，第二个梭阀进油口 c4，第四个 测压口第三个插装阀的a3油口，第三个梭阀进油口 c6，第六个测压口连接；第一个插装阀 的油口 bl 口与第一测压口的进油口、第一梭阀的油口 Cl、比例溢流阀的进油口连接，第二 个插装阀的油口 与测压口进油口、梭阀油口 c3、比例流量阀的进油口连接，第三个插装 阀的油口 b3与测压口进油口、梭阀油口 c5、比例节流阀的进油口连接，第二个比例溢流阀 的出油口、比例流量阀的出油口、比例节流阀的出油口与油箱连接，第一个插装阀的弹簧腔 与第一个液阻的油口 rl连接，第一个液阻的油口 r2与第一个两位三通电磁换向阀的油口 Pl连接，第一个两位三通电磁换向阀的油口 P2与第一个梭阀的出油口连接，第一个两位三 通电磁换向阀的油口 Tl与油箱连接；第二个插装阀的弹簧腔与第二个液阻6. 2的油口 r3 连接，第二个液阻的油口 r4与第二个两位三通电磁换向阀的油口 p3连接，第二个两位三通 电磁换向阀的油口 P4与第二个梭阀的出油口连接，第二个两位三通电磁换向阀的油口 T2 与油箱连接；第三个插装阀的弹簧腔与第三个液阻的油口 r5连接，第三个液阻的油口 r6与 第三个两位三通电磁换向阀的油口 P5连接，第三个两位三通电磁换向阀的油口 p6与第三 个梭阀的出油口连接，第三个两位三通电磁换向阀的油口 T3与油箱连接；加载液压缸与推 进液压缸采用对顶连接实现加载。本发明具有的有益效果是
由于采用阀控技术实现负载调节，从而负载系统具有较高的频率响应特性；采用液压 集成设计技术，提高系统的通用性；采用插装阀技术，可以使系统适用于大流量工况，而且 可以实现可靠密封；可以添加或减少具有不同功能的液压加载单元，便于实现多模式加载； 整个总线式液压集成块设置了多个测压口，可方便接入压力表或压力传感器等。
附图为本发明液压原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如附图所示，包括由推进液压缸14组成的液压推进系统，液压推进系统的一个油 口 B4与推进液压缸14无杆腔连接，液压推进系统的另一个油口 A4与推进液压缸14有杆 腔连接。还包括三个插装阀5. 1，5. 2，5. 3、三个液阻6. 1，6. 2，6. 3、三个两位三通电磁换向 阀7. 1，7. 2，7. 3、三个梭阀11. 1，11. 2，11. 3，六个测压口 12.广12. 6、二个比例溢流阀3，8、 比例流量阀9、比例节流阀10、液压泵2、电机1和加载液压缸13 ；第一个比例溢流阀3的进 油口与补油装置的出油口和单向阀4的进油口连接，第一个比例溢流阀3的出油口和加载 液压缸13的有杆腔均与油箱15连接，单向阀4的出油口分别与加载液压缸13的无杆腔，第 一个插装阀5. 1的油口 al，第一个梭阀进油口 c2，第二个测压口 12. 2，第二个插装阀5. 2的 油口 a2，第二个梭阀进油口 c4，第四个测压口 12. 4第三个插装阀5.3的a3油口，第三个梭 阀进油口 c6，第六个测压口 12. 6连接；第一个插装阀5.1的油口 bl 口与第一测压口 12.1 的进油口、第一梭阀11. 1的油口 Cl、比例溢流阀8的进油口连接，第二个插装阀5. 2的油口 Μ与测压口 12. 3进油口、梭阀11. 2油口 c3、比例流量阀9的进油口连接，第三个插装阀 5.3的油口b3与测压口 12. 5进油口、梭阀11. 3油口 c5、比例节流阀10的进油口连接，第 二个比例溢流阀8的出油口、比例流量阀9的出油口、比例节流阀10的出油口与油箱15连 接，第一个插装阀5. 1的弹簧腔与第一个液阻6. 1的油口 rl连接，第一个液阻6. 1的油口 r2与第一个两位三通电磁换向阀7. 1的油口 pi连接，第一个两位三通电磁换向阀7. 1的 油口 p2与第一个梭阀11. 1的出油口连接，第一个两位三通电磁换向阀7. 1的油口 Tl与油 箱15连接；第二个插装阀5. 2的弹簧腔与第二个液阻6. 2的油口 r3连接，第二个液阻6. 2 的油口 r4与第二个两位三通电磁换向阀7. 2的油口 p3连接，第二个两位三通电磁换向阀 7. 2的油口 p4与第二个梭阀11. 2的出油口连接，第二个两位三通电磁换向阀7. 2的油口 T2与油箱15连接；第三个插装阀5. 3的弹簧腔与第三个液阻6. 3的油口 r5连接，第三个 液阻6. 3的油口 r6与第三个两位三通电磁换向阀7. 3的油口 p5连接，第三个两位三通电 磁换向阀7. 3的油口 p6与第三个梭阀11. 3的出油口连接，第三个两位三通电磁换向阀7. 3 的油口 T3与油箱15连接；加载液压缸13与推进液压缸14采用对顶连接实现加载。第一个插装阀5. 1，第一个梭阀11. 1，第一个液阻6. 1，第一个两位三通电磁换向 阀7. 1，第二个比例溢流阀8构成调压推进模式下的速度负载模块；第二个插装阀5. 2，第二 个梭阀11. 2，第二个液阻6. 2，第二个两位三通电磁换向阀7. 2，比例流量阀9构成调速推进 模式下的压力负载，第三个插装阀5. 3，第三个梭阀11. 3，第三个液阻6. 3，第三个两位三通 电磁换向阀7. 3，比例节流阀10构成调压推进模式与调速推进模式下均可采用的比例节流 阀负载模块。本发明针对盾构掘进的两种掘进模式(调压推进模式与调速推进模式)，可以设置 不同的模拟负载。调压推进模式下的速度负载盾构掘进过程中，若遇到土压平衡控制要求较高的 场合，需要对推进液压缸进行压力调节，即调压推进模式，以精确控制开挖面的土压力，以 防止地面隆起或者坍塌。此时压力为推进液压缸的可控量，而流量由实际土层的开挖条件 决定。可通过控制加载液压缸的通流流量，以实现实际掘进过程中的负载模拟。工作原理 是两位三通电磁换向阀7. 2的电磁铁得电，选通比例调速阀9，调节比例流量阀9的输入信 号即可获得连续变化的流量控制，即速度负载。调速推进模式下的压力负载盾构掘进过程中，若遇到稳定性较好的地层，或对地 面变形要求不高的场合(如荒地)，可以采用对推进液压缸进行流量调节，即调速推进模式， 进行推进。目的是可以以系统最大推进速度进行推进，缩短施工周期以提高生产率，此外， 调速推进模式也更为方便地实现盾构的掘进轨迹控制。此时流量为推进液压缸的可控量， 而压力由实际土层的开挖条件决定。可通过控制加载液压缸的压力，以实现实际掘进过程 中的负载模拟。工作原理是两位三通电磁换向阀7. 1的电磁铁得电，选通比例溢流阀8，在 加载液压缸始终处于缩回运动的前提下，调节比例溢流阀8的输入信号即可获得连续变化 的被动压力负载。此时，推进液压缸14应推动加载液压缸13向左运动。只要该向左运动消 失，如液压缸停留在某个位置，则多功能负载模拟液压系统所调定的压力，由于液压泄漏， 不能持续保持在调定值上。比例节流阀负载调压推进模式与调速推进模式下，都可采节流阀作为负载来进 行加载调压推进模式下，加载液压缸输入量为压力，输出量为流量，流量大小根据节流口的压力——流量特性决定；而调速推进模式下，加载液压缸输入量为流量，输出量为压力， 压力大小同样根据节流口的压力——流量特性决定。节流口大小可以通过电信号进行实时 调节。工作原理是两位三通电磁换向阀7. 3的电磁铁得电，选通比例节流阀10，可获得节流 阀作为负载的加载，可通过改变节流口的大小来实现加载。
权利要求
1. 一种用于盾构推进系统试验的地层模拟液压多模式加载系统，包括由推进液压缸 (14)组成的液压推进系统，液压推进系统的一个油口(B4)与推进液压缸(14)无杆腔连接， 液压推进系统的另一个油口(A4)与推进液压缸(14)有杆腔连接；其特征在于还包括三 个插装阀(5. 1，5. 2，5. 3)、三个液阻(6. 1，6. 2，6. 3)、三个两位三通电磁换向阀(7. 1,7.2, 7. 3)、三个梭阀(11. 1，11. 2，11. 3)，六个测压口(12.广12. 6)、二个比例溢流阀(3，8)、比例 流量阀(9)、比例节流阀(10)、液压泵(2)、电机(1)和加载液压缸(13)；第一个比例溢流阀 (3)的进油口与补油装置的出油口和单向阀(4)的进油口连接，第一个比例溢流阀(3)的出 油口和加载液压缸(13)的有杆腔均与油箱(15)连接，单向阀(4)的出油口分别与加载液 压缸(13)的无杆腔，第一个插装阀(5. 1)的油口 al，第一个梭阀进油口 c2，第二个测压口 (12. 2)，第二个插装阀(5. 2)的油口 a2，第二个梭阀进油口 c4，第四个测压口( 12. 4)第三个 插装阀(5. 3)的a3油口，第三个梭阀进油口 c6，第六个测压口(12. 6)连接；第一个插装阀 (5. 1)的油口 bl 口与第一测压口(12. 1)的进油口、第一梭阀(11. 1)的油口 Cl、比例溢流阀 (8)的进油口连接，第二个插装阀(5. 2)的油口 M与测压口(12. 3)进油口、梭阀(11. 2)油 口 c3、比例流量阀(9)的进油口连接，第三个插装阀(5. 3)的油口 b3与测压口( 12. 5)进油 口、梭阀(11. 3)油口 c5、比例节流阀(10)的进油口连接，第二个比例溢流阀(8)的出油口、 比例流量阀(9)的出油口、比例节流阀(10)的出油口与油箱(15)连接，第一个插装阀(5. 1) 的弹簧腔与第一个液阻(6. 1)的油口 rl连接，第一个液阻(6. 1)的油口 r2与第一个两位三 通电磁换向阀(7. 1)的油口 pi连接，第一个两位三通电磁换向阀(7. 1)的油口 p2与第一 个梭阀(11. 1)的出油口连接，第一个两位三通电磁换向阀(7. 1)的油口 Tl与油箱(15)连 接；第二个插装阀(5. 2)的弹簧腔与第二个液阻(6. 2)的油口 r3连接，第二个液阻(6. 2)的 油口 r4与第二个两位三通电磁换向阀(7. 2)的油口 p3连接，第二个两位三通电磁换向阀 (7. 2)的油口 p4与第二个梭阀(11. 2)的出油口连接，第二个两位三通电磁换向阀(7. 2)的 油口 T2与油箱(15)连接；第三个插装阀(5. 3)的弹簧腔与第三个液阻(6. 3)的油口 r5连 接，第三个液阻(6. 3)的油口 r6与第三个两位三通电磁换向阀(7. 3)的油口 p5连接，第三 个两位三通电磁换向阀(7. 3)的油口 p6与第三个梭阀(11. 3)的出油口连接，第三个两位三 通电磁换向阀(7. 3)的油口 T3与油箱(15)连接；加载液压缸(13)与推进液压缸(14)采用 对顶连接实现加载。
全文摘要
本发明公开了一种用于盾构推进系统试验的地层模拟液压多模式加载系统。包括由推进液压缸组成的液压推进系统，液压推进系统的一个油口与推进液压缸无杆腔连接，液压推进系统的另一个油口与推进液压缸有杆腔连接；还包括调压推进模式下的速度负载模块；调速推进模式下的压力负载和调压推进模式与调速推进模式下均可采用的比例节流阀负载模块，三块模块与加载液压缸的无杆腔连接，加载液压缸的有杆腔接油箱，加载液压缸与推进液压缸采用对顶连接实现加载。采用阀控技术实现负载调节，从而负载系统具有较高的频率响应特性；采用插装阀技术，使系统适用于大流量工况，实现可靠密封；通过添加或减少具有不同功能的液压加载单元，便于实现多模式加载。
文档编号F15B11/02GK102134999SQ201010613390
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者刘志斌, 杨华勇, 段小明, 王承震, 谢海波 申请人:浙江大学