专利名称：采用负载敏感技术的节能型盾构管片拼装定位电液控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体压カ执行机构，尤其涉及ー种采用负载敏感技术的节能型盾构管片拼装定位电液控制系统。
背景技术：
盾构掘进机是ー种广泛应用于地下隧道工程施工的现代化高科技掘进装备，它集机、电、液、控等技术为一体，实现了隧道开挖的机械化、自动化。与传统的施工方法相比，具有施工安全、快速、工程质量高、地面扰动小、劳动强度低等优点。作为高耗能的施工机械，盾构掘进机正朝着高效率、低能耗的方向发展。管片拼装机是盾构的重要组成部分，在盾构推进距离达到一环管片宽度之后，管片拼装机从盾构后方管片输送车上抓取管片，然后通过旋转、径向伸縮和水平滑移三个定位运动将管片搬运到空间指定的位置点，一环管片安装完成后，上紧管片间的连接螺栓，形成衬砌，以支撑刚开挖的隧道，然后盾构开始下ー环的推进作业。管片拼装是盾构施工隧道成形最为关键的一歩，拼装机构的工作特性直接关系到隧道质量和施工效率。盾构管片拼装系统具有拼装工作量大、负载变化范围广的特点。管片拼装机在旋转过程中马达的负载カ矩随拼装机转动是变化的，此外旋转、径向伸縮和水平滑移三个运动之间的载荷存在很大差异，如果采用进油路节流调速阀控马达、阀控液压缸的系统形式，系统供油压カ必然按照最大工作负载时所需系统压カ设定，这使得系统在较低负载条件下工作时，系统效率低下，系统发热严重，这将影响设备寿命，同时使隧道施工环境恶化。采用负载敏感技术的节能型盾构管片拼装定位电液控制系统是提高拼装系统效率的有效途径，可以实现系统压カ的适应性控制，減少系统的节流和溢流损失。通常隧道由十几万块甚至几十万块管片拼装而成，因此提高拼装系统工作效率在盾构施工过程中节能效果十分显。
发明内容
为了克服背景技术中盾构施工过程中存在的问题兼顾满足盾构施工的要求，本发明提供了ー种采用负载敏感技术的节能型盾构管片拼装定位电液控制系统，既可以实现管片拼装定位准确控制，又可以实现全系统负载敏感控制，极大地降低能量损失，提高系统寿命，改善施工环境。本发明解决技术问题所采用的技术方案包括
ー种采用负载敏感技术的节能型盾构管片拼装定位电液控制系统，其特征在于包括电机、变量泵、二位三通比例换向阀、变量缸、第一溢流阀、减压阀、第一压カ补偿阀、第二压力补偿阀、第三压カ补偿阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第一压カ传感器、第二压カ传感器、第三压カ传感器、第四压カ传感器、第一多路阀、第二多路阀、第三多路阀、第一平衡阀、第二平衡阀、第三平衡阀、第四平衡阀、第二溢流阀、第三溢流阀、液压马达、カ矩转速传感器、第一液压缸、第二液压缸、第一位移传感器、第二位移传感器、第三液压缸、液压锁、第三位移传感器、高压油管、低压油管、回油管；电机与变量泵刚性连接；变量泵的吸油ロ S与油箱连通，变量泵的出油ロ P分别与第一溢流阀的进油ロ P5、减压阀的进油ロ P6、高压管道、变量缸的进油ロ A4连通；变量缸的出油ロ A5与二位三通比例换向阀进油ロ P3连通；二位三通比例换向阀出油ロ B3与变量缸的进油ロ B4连通，二位三通比例换向阀回油ロ T3与油箱连通；第一溢流阀的出油ロ T5与油箱连通；减压阀的出油ロ T6与第一多路阀的先导油ロ xl、第一多路阀的先导油ロ x2、第二多路阀的先导油ロ x5、第二多路阀的先导油ロ x6、第三多路阀的先导油ロ x9、第三多路阀的先导油ロ XlO连通；高压油管分别与第一压カ补偿阀的进油ロ P7、第二压カ补偿阀的进油ロ P12、第三压カ补偿阀的进油ロ P13连通；第一压カ补偿阀的出油ロ T7、第二压カ补偿阀的出油ロ T12、第三压カ补偿阀的出油ロT13分别与第一单向阀的进油ロ P8、第二单向阀的进油ロ P14、第三单向阀的进油ロ P15连通，第一单向阀的出油ロ T8与第一多路阀的进油ロ PlO和第一压カ补偿阀的左控制油ロ x3连通，第二单向阀的出油ロ T14与第二多路阀的进油ロ P16和第二压カ补偿阀的左控制油ロ x7连通，第三单向阀的出油ロ T15与第三多路阀的进油ロ P17和第三压カ补偿阀的左控制油ロ xll连通；第一多路阀的回油ロ TlOa、第一多路阀的回油ロ TlOb、第二多路阀的回油ロ T16a、第二多路阀的回油ロ T16b、第三多路阀的回油ロ T17a、第三多路阀的回油ロ T17b分别与低压油管连通，低压油管通过回油管与油箱连通；第一多路阀的出油ロ BlOa和第一多路阀的出油ロ AlOb连接在一起与第一压カ补偿阀的右控制油ロ x4连通，第一多路阀的出油ロ BlO和第一多路阀的出油ロ AlO分别与第一平衡阀11.1的进油ロ Pll和第二平衡阀的进油ロ P21连通；第二多路阀的出油ロ B16a和第二多路阀的出油ロ A16b连接在一起与第二压カ补偿阀的右控制油ロ x8连通，第二多路阀的出油ロ B16和第二多路阀的出油ロA16分别与第三平衡阀的进油ロ P22和第四平衡阀的进油ロ P23连通；第三多路阀的出油ロ B17a和A17b连接在一起与第三压カ补偿阀的右控制油ロ xl2连通，第三多路阀的出油ロ B17和第三多路阀的出油ロ A17分别与液压锁的进油ロ P18和液压锁的进油ロ P19连通；第一平衡阀的出油ロ Tll与第二平衡阀的控制油ロ xl4、第二溢流阀的进油ロ P24、第三溢流阀的出油ロ T25、液压马达的工作油ロ A13连通；第二平衡阀的出油ロ T21与第一平衡阀的控制油ロ xl3、第二溢流阀的出油ロ T24、第三溢流阀的进油ロ P25、液压马达的工作油ロB13连通；第三平衡阀的出油ロ T22与第四平衡阀的控制油ロ xl6、第一液压缸的无杆腔油ロ、第二液压缸的无杆腔油ロ连通，第四平衡阀出油ロ T23与第三平衡阀的控制油ロ xl5、第一液压缸有杆腔油ロ、第二液压缸有杆腔油ロ连通；液压锁的出油ロ T18与第三液压缸无杆腔油ロ连通，液压锁的出油ロ T19与第三液压缸的有杆腔油ロ连通；力矩转速传感器固定安装在液压马达的输出轴上；第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器的壳体和伸出杆分别固定在第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸的缸体和活塞杆上，第一压カ传感器与第一多路阀出油ロ BlOa和第一多路阀出油ロ AlOb连通，第二压カ传感器与第二多路阀出油ロ B16a和第二多路阀出油ロ A16b连通，第三压カ传感器与第三多路阀出油ロ B17a和第三多路阀出油ロ A17b连通，第四压カ传感器安装变量泵的出油ロ P处油管上。本发明与背景技术相比，具有的有益效果是
I)系统中液压马达和液压缸分别装有力矩转速传感器和位移传感器，可以实现旋转运动、径向伸缩运动和水平滑移运动的闭环控制，实现管片拼装定位精确控制，提高隧道施工质量。2)采用带有压カ补偿阀的多路阀作为马达和液压缸的控制元件可以获得良好的压カ流量特性，減少阀控制信号和输出流量之间的非线性，降低控制难度，提高拼装运动控制精度。3)采用负载敏感技术，使得变量泵的输出压カ随负载变化而改变，极大地減少了系统节流损失和溢流损失，提高了系统效率，在长距离隧道施工过程中节能效果突出。
附图是本发明具体实施的原理示意图。图中1.电机，2.变量泵，3. 二位三通比例换向阀，4.变量缸，5.第一溢流，6.减压阀，7. L第一压カ补偿阀，7. 2 第二压カ补偿阀，7. 3.第三压カ补偿阀，8.1.第一单向阀，8. 2.第二单向阀，8. 3.第三单向阀，9.1.第一压カ传感器，9. 2.第二压カ传感器，9.3.第三压カ传感器，10.1.第一多路阀，10. 2.第二多路阀，10. 3.第三多路阀，11.1.第一平衡阀，11. 2.第二平衡阀，11. 3.第二平衡阀，11. 4.第四平衡阀，12.1.第二溢流阀，12.2.第三溢流阀，13.液压马达，14.カ矩转速传感器，15.1.第一液压缸，15. 2.第二液压缸，16.1.第一位移传感器，16. 2.第二位移传感器17.第三液压缸，18.液压锁，19.第三位移传感器，20.高压油管，21.低压油管，22.回油管。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进ー步说明。如附图所示，ー种采用负载敏感技术的节能型盾构管片拼装定位电液控制系统，其特征在于包括电机1、变量泵2、二位三通比例换向阀3、变量缸4、第一溢流阀5、减压阀6、第一压カ补偿阀7.1、 第二压カ补偿阀7. 2、第三压カ补偿阀7. 3、第一单向阀8.1、第ニ单向阀8. 2、第三单向阀8. 3、第一压カ传感器9.1、第二压カ传感器9. 2、第三压カ传感器9. 3、第四压カ传感器9. 4、第一多路阀10.1、第二多路阀10. 2、第三多路阀10. 3、第一平衡阀11.1、第二平衡阀11. 2、第二平衡阀11. 3、第四平衡阀11. 4、第二溢流阀12.1、第二溢流阀12. 2、液压马达13、力矩转速传感器14、第一液压缸15.1、第二液压缸15. 2、第一位移传感器16.1、第二位移传感器16. 2、第三液压缸17、液压锁18、第三位移传感器19、高压油管
20、低压油管21、回油管22 ;电机I与变量泵2刚性连接；变量泵2的吸油ロ S与油箱连通，变量泵2的出油ロ P分别与第一溢流阀5的进油ロ P5、减压阀6的进油ロ P6、高压管道20、变量缸4的进油ロ A4连通；变量缸4的出油ロ A5与二位三通比例换向阀3进油ロ P3连通；二位三通比例换向阀3出油ロ B3与变量缸4的进油ロ B4连通，二位三通比例换向阀3回油ロ T3与油箱连通；第一溢流阀5的出油ロ T5与油箱连通；减压阀6的出油ロ T6与第一多路阀10.1的先导油ロ xl、第一多路阀10.1的先导油ロ x2、第二多路阀10. 2的先导油ロx5、第二多路阀10. 2的先导油ロ x6、第三多路阀10. 3的先导油ロ x9、第三多路阀10. 3的先导油ロ XlO连通；高压油管20分别与第一压カ补偿阀7.1的进油ロ P7、第二压カ补偿阀
7.2的进油ロ P12、第三压カ补偿阀7. 3的进油ロ P13连通；第一压カ补偿阀7.1的出油ロT7、第二压カ补偿阀7. 2的出油ロ T12、第三压カ补偿阀7. 3的出油ロ T13分别与第一单向阀8.1的进油ロ P8、第二单向阀8. 2的进油ロ P14、第三单向阀8. 3的进油ロ P15连通，第一单向阀8.1的出油ロ T8与第一多路阀10.1的进油ロ PlO和第一压カ补偿阀7.1的左控制油ロ x3连通，第二单向阀8. 2的出油ロ T14与第二多路阀10. 2的进油ロ P16和第二压カ补偿阀7. 2的左控制油ロ x7连通，第三单向阀8. 3的出油ロ T15与第三多路阀10. 3的进油ロ P17和第三压カ补偿阀7. 3的左控制油ロ xll连通；第一多路阀10.1的回油ロ TlOa、第一多路阀10.1的回油ロ TlOb、第二多路阀10. 2的回油ロ T16a、第二多路阀10. 2的回油ロ T16b、第三多路阀10. 3的回油ロ T17a、第三多路阀10. 3的回油ロ T17b分别与低压油管21连通，低压油管21通过回油管22与油箱连通；第一多路阀10.1的出油ロ BlOa和第一多路阀10.1的出油ロ AlOb连接在一起与第一压カ补偿阀7.1的右控制油ロ x4连通，第一多路阀10.1的出油ロ BlO和第一多路阀10.1的出油ロ AlO分别与第一平衡阀11.1的进油ロ Pll和第二平衡阀的进油ロ P21连通；第二多路阀10. 2的出油ロ B16a和第二多路阀10. 2的出油ロ A16b连接在一起与第二压カ补偿阀7. 2的右控制油ロ x8连通，第二多路阀10. 2的出油ロ B16和第二多路阀10. 2的出油ロ A16分别与第三平衡阀11. 3的进油ロ P22和第四平衡阀11. 4的进油ロ P23连通；第三多路阀10. 3的出油ロ B17a和A17b连接在一起与第三压カ补偿阀7. 3的右控制油ロ xl2连通，第三多路阀10. 3的出油ロ B17和第三多路阀10. 3的出油ロ A17分别与液压锁18的进油ロ P18和液压锁18的进油ロ P19连通；第一平衡阀11.1的出油ロ Tll与第二平衡阀11. 2的控制油ロ xl4、第二溢流阀12.1的进油ロ P24、第三溢流阀12. 2的出油ロ T25、液压马达13的工作油ロ A13连通；第二平衡阀11. 2的出油ロ T21与第一平衡阀11.1的控制油ロ xl3、第二溢流阀12.1的出油ロ T24、第三溢流阀12. 2的进油ロ P25、液压马达13的工作油ロ B13连通；第三平衡阀11. 3的出油ロ T22与第四平衡阀11. 4的控制油ロ xl6、第一液压缸15.1的无杆腔油ロ、第二液压缸15. 2的无杆腔油ロ连通，第四平衡阀11. 4出油ロ T23与第三平衡阀11. 3的控制油ロ xl5、第一液压缸15.1有杆腔油ロ、第二液压缸15. 2有杆腔油ロ连通；液压锁18的出油ロ T18与第三液压缸17无杆腔油ロ连通，液压锁18的出油ロ T19与第三液压缸17的有杆腔油ロ连通；力矩转速传感器14固定安装在液压马达13的输出轴上；第一位移传感器16.1、第二位移传感器16. 2和第三位移传感器19的壳体和伸出杆分别固定在第一液压缸15.1、第二液压缸15. 2和第三液压缸17的缸体和活塞杆上，第一压カ传感器9.1与第一多路阀10.1出油ロBlOa和第一多路阀10.1出油ロ AlOb连通，第二压カ传感器9. 2与第二多路阀10. 2出油ロ B16a和第二多路阀10.2出油ロ A16b连通，第三压カ传感器9. 3与第三多路阀10.3出油ロ B17a和第三多路阀10. 3出油ロ A17b连通，第四压カ传感器9. 4安装变量泵3的出油ロ P处油管上。本发明的工作原理如下
电机I得电启动，驱动变量泵2转动，变量泵2通过吸油ロ S从油箱中吸油，变量泵2输出的压カ油通过出油ロ P分别进入变量缸4的进油ロ A4、溢流阀5的进油ロ P5、减压阀6的进油ロ P6和高压油管20。当驱动管片拼装机旋转的液压马达13顺时针旋转吋，马达的工作油ロ A13为高压油ロ，工作油ロ B13为低压油ロ，此时多路阀10.1的先导阀电磁铁bl得电，从减压阀6的出油ロ T6流出的系统控制油通过控制油ロ x2进入多路阀10.1主阀芯下腔，使得多路阀10.1的进油ロ PlO与B10、B10a连通，回油ロ TlOb与AlO连通。系统压カ油从高压油管20流出进入压力补偿阀7.1的进油ロ P7，然后从压カ补偿阀7.1出油ロ 17流出进入单向阀8.1的进油ロ P8，从单向阀8.1的出油ロ T8流出进入多路阀10.1的进油ロ P10，通过多路阀10.1的出油ロ BlO进入平衡阀11.1的进油ロ P11，然后通过平衡阀11.1的出油ロ Tll进入液压马达13的工作油ロ A13，马达13顺时针转动，液压油通过液压马达13的工作油ロB13流出进入平衡阀11. 2的出油ロ T21，然后从平衡阀11. 2的进油ロ P21流出进入多路阀10.1的出油ロ A10，随后从多路阀10.1的回油ロ TlOb流入低压油管21，低压油管21通过回油管22与油箱连通。马达转动过程中，多路阀10.1的进油ロ PlO与压カ补偿阀7.1的控制油ロ x3连通，多路阀10.1的出油ロ BlO与压カ补偿阀7.1的控制油ロ x4连通，从而在压カ补偿阀7.1的作用下使得多路阀10.1的进油ロ PlO与其出油ロ BlO之间的压力差保持一个恒定的值。当马达转动预定角度后，多路阀10.1的先导阀电磁铁bl失电，多路阀10.1工作在中位，多路阀10.1的进油ロ PlO关闭，出油ロ A10、BlO分别与回油ロ TlOb与TlOa连通，平衡阀11.1工作在左位，将管片拼装机锁止在目标位置。当驱动管片拼装机旋转的液压马达13逆时针旋转时，马达的工作油ロ B13为高压油ロ，工作油ロ A13为低压油ロ，此时多路阀10.1的先导阀电磁铁al得电，从减压阀6的出油ロ T6流出的系统控制油通过控制油ロ xl进入多路阀10.1主阀芯上腔，使得多路阀10.1的进油ロ PlO与A10、A10b连通，回油ロ TlOa与BlO连通。系统压カ油从高压油管20流出进入压力补偿阀7.1的进油ロ P7，然后从压カ补偿阀7.1出油ロ 17流出进入单向阀
8.1的进油ロ P8，从单向阀8.1的出油ロ T8流出进入多路阀10.1的进油ロ P10，通过多路阀10.1的出油ロ AlO进入平衡阀11. 2的进油ロ P21，然后通过平衡阀11.2的出油ロ T21进入液压马达13的工作油ロ B13，马达13逆时针转动，液压油通过液压马达13的工作油ロA13流出进入平衡阀11.1的出油ロ T11，然后从平衡阀11.1的进油ロ Pll流出进入多路阀10.1的出油ロ B10，随后从多路阀10.1的回油ロ TlOa流入低压油管21，低压油管21通过回油管22与油箱连通。马达转动过程中，多路阀10.1的进油ロ PlO与压カ补偿阀7.1的控制油ロ x3连通，多路阀10.1的出油ロ BlO与压カ补偿阀7.1的控制油ロ x4连通，从而在压カ补偿阀7.1的作用下使得多路阀10.1的进油ロ PlO与其出油ロ BlO之间的压力差保持一个恒定的值。当马达转动预定角度后，多路阀10.1的先导阀电磁铁al失电，多路阀10.1工作在中位，多路阀10.1的进油ロ PlO关闭，出油ロ A10、BlO分别与回油ロ TlOb与TlOa连通，平衡阀11. 2工作在右位，将管片拼装机锁止在目标位置。当驱动管片拼装机径向伸缩液压缸15.1、15. 2上行时，液压缸15.1、15. 2的有杆腔工作油ロ为高压油ロ，无杆腔工作油ロ为低压油ロ，此时多路阀10. 2的先导阀电磁铁a2得电，从减压阀6的出油ロ T6流出的系统控制油通过控制油ロ x5进入多路阀10. 2主阀芯上腔，使得多路阀10. 2的进油ロ P16与A16、A16b连通，回油ロ T16a与B16连通。系统压力油从高压油管20流出进入压力补偿阀7. 2的进油ロ P12，然后从压カ补偿阀7. 2出油ロT12流出进入单向阀8. 2的进油ロ P14，从单向阀8. 2的出油ロ T14流出进入多路阀10. 2的进油ロ P16，通过多路阀10. 2的出油ロ A16进入平衡阀11.4的进油ロ P23，然后通过平衡阀11.4的出油ロ T23进入液压缸15.1、15. 2的有杆腔工作油ロ，液压缸15.1、15. 2向上运动，液压油通过液压缸15. 1、15. 2无杆腔工作油ロ流出进入平衡阀11. 3的出油ロ T22，然后从平衡阀11. 3的进油ロ P22流出进入多路阀10. 2的出油ロ B16，随后从多路阀10. 2的回油ロ T16a流入低压油管21，低压油管21通过回油管22与油箱连通。液压缸运动过程中，多路阀10. 2的进油ロ P16与压カ补偿阀7. 2的控制油ロ x7连通，多路阀10. 2的出油ロ A16与压カ补偿阀7. 2的控制油ロ x8连通，从而在压カ补偿阀7. 2的作用下使得多路阀10. 2的进油ロ P16与其出油ロ B16之间的压力差保持一个恒定的值。当液压缸运动到预定位置后，多路阀10. 2的先导阀电磁铁a2失电，多路阀10. 2工作在中位，多路阀10. 2的进油ロ P16关闭，出油ロ A16、B16分别与回油ロ T16b与T16a连通，平衡阀11. 4工作在右位，将管片拼装机锁止在目标位置。当驱动管片拼装机径向伸縮液压缸15. 1,15. 2下行时，液压缸15. 1,15. 2的无杆腔工作油ロ为高压油ロ，有杆腔工作油ロ为低压油ロ，此时多路阀10. 2的先导阀电磁铁b2得电，从减压阀6的出油ロ T6流出的系统控制油通过控制油ロ x6进入多路阀10. 2主阀芯下腔，使得多路阀10. 2的进油ロ P16与B16、B16a连通，回油ロ T16b与A16连通。系统压力油从高压油管20流出进入压力补偿阀7. 2的进油ロ P12，然后从压カ补偿阀7. 2出油ロT12流出进入单向阀8. 2的进油ロ P14，从单向阀8. 2的出油ロ T14流出进入多路阀10. 2的进油ロ P16，通过多路阀10. 2的出油ロ B16进入平衡阀11. 3的进油ロ P22，然后通过平衡阀11. 3的出油ロ T22进入液压缸15.1、15. 2的无杆腔工作油ロ，液压缸15.1、15. 2向下运动，液压油通过液压缸15.1、15. 2有杆腔工作油ロ流出进入平衡阀11. 4的出油ロ T23，然后从平衡阀11.4的进油ロ P23流出进入多路阀10. 2的出油ロ A16，随后从多路阀10. 2的回油ロ T16b流入低压油管21，低压油管21通过回油管22与油箱连通。液压缸运动过程中，多路阀10. 2的进油ロ P16与压カ补偿阀7. 2的控制油ロ x7连通，多路阀10. 2的出油ロ B16与压カ补偿阀7. 2的控制油ロ x8连通，从而在压カ补偿阀7. 2的作用下使得多路阀10. 2的进油ロ P16与其出油ロ B16之间的压力差保持一个恒定的值。当液压缸运动到预定位置后，多路阀10. 2的先导阀电磁铁b2失电，多路阀10. 2工作在中位，多路阀10. 2的进油ロ P16关闭，出油ロ A16、B16分别与回油ロ T16b与T16a连通，平衡阀11. 3工作在左位，将管片拼装机锁止在目标位置。当驱动管片拼装机水平滑移的液压缸17右行时，液压缸17的无杆腔工作油ロ为高压油ロ，有杆腔工作油ロ为低压油ロ，此时多路阀10. 3的先导阀电磁铁b3得电，从减压阀6的出油ロ T6流出的系统控制油通过控制油ロ XlO进入多路阀10. 3主阀芯下腔，使得多路阀10. 3的进油ロ P17与B17、B17a连通，回油ロ T17b与A17连通。系统压カ油从高压油管20流出进入压力补偿阀7. 3的进油ロ P13，然后从压カ补偿阀7. 3出油ロ T13流出进入单向阀8. 3的进油ロ P15，从单向阀8. 3的出油ロ T15流出进入多路阀10. 3的进油ロP17，通过多路阀10. 3的出油ロ B17进入液压锁18的进油ロ P18，然后通过液压锁18的出油ロ T18进入液压缸17的无杆腔工作油ロ，液压缸17向右运动，液压油通过液压缸17有杆腔工作油ロ流出进入液压锁18的出油ロ T19，然后从液压锁18的进油ロ P19流出进入多路阀10. 3的出油ロ A17，随后从多路阀10. 3的回油ロ T17b流入低压油管21，低压油管21通过回油管22与油箱连通。液压缸运动过程中，多路阀10. 3的进油ロ P17与压カ补偿阀7. 3的控制油ロ xll连通，多路阀10. 3的出油ロ B17与压カ补偿阀7. 3的控制油ロ xl2连通，从而在压カ补偿阀7. 3的作用下使得多路阀10. 3的进油ロ P17与其出油ロ B17之间的压カ差保持一个恒定的值。当液压缸运动到预定位置后，多路阀10. 3的先导阀电磁铁b3失电，多路阀10. 3工作在中位，多路阀10. 3的进油ロ P17关闭，出油ロ A17、B17分别与回油ロ T17b与T17a连通，液压锁18左右两路关闭，将管片拼装机锁止在目标位置。当驱动管片拼装机水平滑移的液压缸17左行时，液压缸17的有杆腔工作油ロ为高压油ロ，无杆腔工作油ロ为低压油ロ，此时多路阀10. 3的先导阀电磁铁a3得电，从减压阀6的出油ロ T6流出的系统控制油通过控制油ロ x9进入多路阀10. 3主阀芯上腔，使得多路阀10. 3的进油ロ P17与A17、A17b连通，回油ロ T17a与B17连通。系统压カ油从高压油管20流出进入压力补偿阀7. 3的进油ロ P13，然后从压カ补偿阀7. 3出油ロ T13流出进入单向阀8. 3的进油ロ P15，从单向阀8. 3的出油ロ T15流出进入多路阀10. 3的进油ロ P17，通过多路阀10. 3的出油ロ A17进入液压锁18的进油ロ P19，然后通过液压锁18的出油ロT19进入液压缸17的有杆腔工作油ロ，液压缸17向左运动，液压油通过液压缸17无杆腔エ作油ロ流出进入液压锁18的出油ロ T18，然后从液压锁18的进油ロ P18流出进入多路阀10. 3的出油ロ B17，随后从多路阀10. 3的回油ロ T17a流入低压油管21，低压油管21通过回油管22与油箱连通。液压缸运动过程中，多路阀10. 3的进油ロ P17与压カ补偿阀7. 3的控制油ロ xll连通，多路阀10. 3的出油ロ A17与压カ补偿阀7. 3的控制油ロ xl2连通，从而在压カ补偿阀7. 3的作用下使得多路阀10. 3的进油ロ P17与其出油ロ A17之间的压力差保持一个恒定的值。当液压缸运动到预定位置后，多路阀10. 3的先导阀电磁铁a3失电，多路阀10. 3工作在中位，多路阀10. 3的进油ロ P17关闭，出油ロ A17、B17分别与回油ロ T17b与T17a连通，液压锁18左右两路关闭，将管片拼装机锁止在目标位置。当系统工作过程中出现异常情况导致系统压カ超出正常值时，溢流阀5开启，变量泵2出油ロ P流出的油液经溢流阀5的进油ロ P5流进溢流阀5，从溢流阀5的出油ロ T5流回油箱，实现卸荷。在管片转动过程中，由于转动惯量较大，在转动起动和停止过程中产生的压カ冲击通过溢流阀12. 1,12. 2消除，当冲击压カ大于溢流阀12.1和12.1的设定值时，马达13工作油ロ A13处的压カ冲击通过溢流阀12.1的进油ロ P24进入溢流阀12. 1，然后压カ油通过12.1的出油ロ进入马达油ロ B13和平衡阀11.1出油ロ T21间的低压管道，完成压カ释放；马达13工作油ロ B13处的压カ冲击通过溢流阀12. 2的进油ロ P25进入溢流阀12. 2，然后压力油通过12. 2的出油ロ进入马达油ロ A13和平衡阀11. 2出油ロ Tll间的低压管道，完成压カ释放。管片拼装定位过程中，系统负载是随工作状态的变化而改变的。当管片拼装机旋转运动时，在旋转角度从0°到90°过程中，负载カ矩随旋转角度的增加逐渐增大,经历从0到最大负载カ矩的变化,在旋转角度从90°到180°过程中，负载カ矩随旋转角度的减小逐渐减小，经历从最大负载カ矩到0的变化；另外，管片拼装机分别进行旋转运动、径向伸缩运动和水平滑移三种运动吋，负载压力也各不相同，旋转运动和径向伸缩运动的负载要远大于水平滑移的负载，采用负载敏感技术的节能型盾构管片拼装定位电液控制系统可以实现系统供油压カ随负载实时变化，使变量泵输出压力始終与负载压力相匹配。具体控制措施是
计算机控制单元控制变量泵排量实现负载敏感的工作过程为计算机控制单元输出控制信号，控制信号经D/A转换后传递给二位三通比例换向阀3的比例放大器，放大后的控制信号传递给二位三通比例换向阀3的比例电磁鉄，比例电磁铁的输入信号越大则二位三通比例换向阀3输出油ロ B3的压カ越高，从而使得变量缸4的无杆腔压カ越高，变量缸向左移动位移越大，泵的排量越大；反之，若计算机控制单元的输出信号越小则变量泵的排量越小。1.管片拼装机进行回转运动安装在系统主油路上的压カ传感器9. 4实时检测变量泵2输出液压油压力；与多路阀10.1工作油ロ AlOb和BlOa连通的压カ传感器9.1实时检测液压马达13转动时的负载压力。压カ传感器9.1和9. 4测得的马达工作压カ信号和系统主油路压カ信号经过A/D转换后传递给计算机控制单元，计算机控制单元计算系统主油路压カ与马达工作压カ的差值，将得到的实际压力差与设定压カ差进行比较，当由于负载压力减小使实际压力差大于设定压カ差吋，减小计算机控制单元输出信号，从而减小泵的排量，使泵的输出流量减小，系统主回路的压カ降低，直至实际压力差与设定压力差相等；反之，当由于负载压カ的増加使实际压力差小于设定压カ差时，则增大计算机控制单元输出信号，使变量缸向左运动，从而増大泵的排量，使泵的输出流量变大，提高系统主回路的压力，直至实际压力差等于设定压カ差。此为管片拼装回转系统负载敏感控制过程。I1.管片拼装机进行径向伸缩运动安装在系统主油路上的压カ传感器9. 4实时检测变量泵2输出液压油压力；与多路阀10. 2工作油ロ A16b和B16a连通的压カ传感器9. 2实时检测液压缸15.1、15. 2运动时的负载压力。压カ传感器9. 2和9. 4测得的液压缸工作压カ信号和系统主油路压カ信号经过A/D转换后传递给计算机控制单元，计算机控制单元计算系统主油路压カ与液压缸工作压カ的差值，将得到的实际压力差与设定压カ差进行比较，当由于负载压力减小使实际压力差大于设定压カ差吋，减小计算机控制单元输出信号，从而减小泵的排量，使泵的输出流量减小，系统主回路的压カ降低，直至实际压力差与设定压力差相等；反之，当由于负载压カ的増加使实际压力差小于设定压カ差时，则增大计算机控制单元输出信号，使变量缸向左运动，从而増大泵的排量，使泵的输出流量变大，提高系统主回路的压力，直至实际压力差等于设定压カ差。此为管片拼装径向伸縮系统负载敏感控制过程。II1.管片拼装机进行水平滑移运动安装在系统主油路上的压カ传感器9. 4实时检测变量泵2输出液压油压力；与多路阀10. 3工作油ロ A17b和B17a连通的压カ传感器9. 3实时检测液压缸17运动时的负载压力。压カ传感器9. 3和9. 4测得的液压缸工作压カ信号和系统主油路压カ信号经过A/D转换后传递给计算机控制单元，计算机控制单元计算系统主油路压カ与液压缸工作压カ的差值，将得到的实际压力差与设定压カ差进行比较，当由于负载压力减小使实际压力差大于设定压カ差吋，减小计算机控制单元输出信号，从而减小泵的排量，使泵的输出流 量减小，系统主回路的压カ降低，直至实际压力差与设定压力差相等；反之，当由于负载压カ的増加使实际压力差小于设定压カ差时，则增大计算机控制单元输出信号，使变量缸向左运动，从而増大泵的排量，使泵的输出流量变大，提高系统主回路的压力，直至实际压力差等于设定压カ差。此为管片拼装水平滑移系统负载敏感控制过程。经过以上三个系统的负载敏感控制，使得泵输出压カ始終与负载压力相适应，ニ者之产生并保持ー个合理的差值，既防止系统流量过小导致影响运动控制，又能防止系统流量过大导致大量的溢流损失。上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权カ要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种采用负载敏感技术的节能型盾构管片拼装定位电液控制系统，其特征在于包括电机(I)、变量泵(2)、二位三通比例换向阀(3)、变量缸(4)、第一溢流阀(5)、减压阀(6)、第一压力补偿阀(7.1)、第二压力补偿阀(7. 2)、第三压力补偿阀(7. 3)、第一单向阀(8.1)、第二单向阀(8.2)、第三单向阀(8.3)、第一压力传感器(9.1)、第二压力传感器 (9. 2)、第三压力传感器(9. 3)、第四压力传感器(9. 4)、第一多路阀(10.1)、第二多路阀 (10. 2)、第二多路阀(10. 3)、第一平衡阀(11.1)、第_■平衡阀(11. 2)、第二平衡阀(11. 3)、 第四平衡阀(11. 4)、第二溢流阀(12.1)、第三溢流阀(12. 2)、液压马达(13)、力矩转速传感器(14)、第一液压缸(15.1)、第二液压缸(15. 2)、第一位移传感器(16.1)、第二位移传感器(16. 2)、第三液压缸(17)、液压锁(18)、第三位移传感器(19)、高压油管(20)、低压油管 (21)、回油管(22);电机(I)与变量泵(2)刚性连接；变量泵(2)的吸油口 S与油箱连通，变量泵(2)的出油口 P分别与第一溢流阀(5)的进油口 P5、减压阀(6)的进油口 P6、高压管道(20)、变量缸(4)的进油口A4连通；变量缸(4)的出油口 A5与二位三通比例换向阀(3)进油口 P3连通；二位三通比例换向阀(3)出油口 B3与变量缸(4)的进油口 B4连通，二位三通比例换向阀(3)回油口 T3与油箱连通；第一溢流阀(5)的出油口 T5与油箱连通；减压阀 (6)的出油口 T6与第一多路阀(10.1)的先导油口 xl、第一多路阀(10.1)的先导油口 x2、 第二多路阀(10. 2)的先导油口 x5、第二多路阀(10. 2)的先导油口 x6、第三多路阀(10. 3) 的先导油口 x9、第三多路阀(10. 3)的先导油口 XlO连通；高压油管(20)分别与第一压力补偿阀(7.1)的进油口 P7、第二压力补偿阀(7. 2)的进油口 P12、第三压力补偿阀(7. 3)的进油口 P13连通；第一压力补偿阀(7.1)的出油口 T7、第二压力补偿阀(7. 2)的出油口 T12、第三压力补偿阀(7. 3)的出油口 T13分别与第一单向阀(8.1)的进油口 P8、第二单向阀(8. 2) 的进油口 P14、第三单向阀(8. 3)的进油口 P15连通，第一单向阀(8.1)的出油口 T8与第一多路阀(10.1)的进油口 PlO和第一压力补偿阀(7.1)的左控制油口 x3连通，第二单向阀 (8. 2)的出油口 T14与第二多路阀(10. 2)的进油口 P16和第二压力补偿阀(7. 2)的左控制油口 x7连通，第三单向阀(8. 3)的出油口 T15与第三多路阀(10. 3)的进油口 P17和第三压力补偿阀(7. 3)的左控制油口 xll连通；第一多路阀(10.1)的回油口 TlOa、第一多路阀(10.1)的回油口 TlOb、第二多路阀(10. 2)的回油口 T16a、第二多路阀(10. 2)的回油口 T16b、第三多路阀(10. 3)的回油口 T17a、第三多路阀(10. 3)的回油口 T17b分别与低压油管(21)连通，低压油管(21)通过回油管(22)与油箱连通；第一多路阀(10.1)的出油口 BlOa 和第一多路阀(10.1)的出油口 AlOb连接在一起与第一压力补偿阀(7.1)的右控制油口 x4 连通，第一多路阀(10.1)的出油口 BlO和第一多路阀(10.1)的出油口 AlO分别与第一平衡阀11.1的进油口 Pll和第二平衡阀的进油口 P21连通；第二多路阀(10. 2)的出油口 B16a 和第二多路阀(10. 2)的出油口 A16b连接在一起与第二压力补偿阀(7. 2)的右控制油口 x8 连通，第二多路阀(10. 2)的出油口 B16和第二多路阀(10. 2)的出油口 A16分别与第三平衡阀(11. 3)的进油口 P22和第四平衡阀(11. 4)的进油口 P23连通；第三多路阀(10. 3)的出油口 B17a和A17b连接在一起与第三压力补偿阀(7. 3)的右控制油口 xl2连通，第三多路阀 (10.3)的出油口 B17和第三多路阀(10. 3)的出油口 A17分别与液压锁(18)的进油口 P18 和液压锁(18)的进油口 P19连通；第一平衡阀(11.1)的出油口 Tll与第二平衡阀(11. 2) 的控制油口 xl4、第二溢流阀(12.1)的进油口 P24、第三溢流阀(12. 2)的出油口 T25、液压马达(13)的工作油口 A13连通；第二平衡阀(11. 2)的出油口 T21与第一平衡阀(11.1)的控制油口 xl3、第二溢流阀(12.1)的出油口 T24、第三溢流阀(12. 2)的进油口 P25、液压马达(13)的工作油口 B13连通；第三平衡阀(11. 3)的出油口 T22与第四平衡阀(11. 4)的控制油口 xl6、第一液压缸(15.1)的无杆腔油口、第二液压缸(15. 2)的无杆腔油口连通，第四平衡阀(11. 4)出油口 T23与第三平衡阀(11. 3)的控制油口 xl5、第一液压缸(15.1)有杆腔油口、第二液压缸(15. 2)有杆腔油口连通；液压锁(18)的出油口 T18与第三液压缸(17) 无杆腔油口连通，液压锁(18)的出油口 T19与第三液压缸(17)的有杆腔油口连通；力矩转速传感器(14)固定安装在液压马达(13)的输出轴上；第一位移传感器(16.1)、第二位移传感器(16. 2)和第三位移传感器(19)的壳体和伸出杆分别固定在第一液压缸(15.1)、第二液压缸(15. 2)和第三液压缸(17)的缸体和活塞杆上，第一压力传感器(9.1)与第一多路阀 (10.1)出油口 BlOa和第一多路阀(10.1)出油口 AlOb连通，第二压力传感器(9. 2)与第二多路阀(10. 2)出油口 B16a和第二多路阀(10. 2)出油口 A16b连通，第三压力传感器(9. 3) 与第三多路阀(10. 3)出油口 B17a和第三多路阀(10. 3)出油口 A17b连通，第四压力传感器 ( 9. 4)安装变量泵(3)的出油口 P处油管上。
全文摘要
本发明公开了一种采用负载敏感技术的节能型盾构管片拼装定位电液控制系统。它包括电机、变量泵、二位三通比例换向阀、变量缸、溢流阀、减压阀、压力补偿阀、单向阀、多路阀、平衡阀、液压锁、液压马达、液压缸、力矩转速传感器、位移传感器、压力传感器。管片拼装系统中采用带有压力补偿阀的多路阀控制驱动管片拼装机转动的液压马达转速和各液压缸运动速度。压力传感器实时检测系统主油路压力和各执行器的工作压力，计算机控制单元根据系统压力信号决定变量泵控制信号，使变量泵排量跟随负载变化改变，实现负载敏感控制。本发明避免了传统系统始终以最高工作压力供油所造成的能量浪费，极大地减少了节流损失和溢流损失，具有明显的节能效果。
文档编号F15B11/16GK103032396SQ201310003189
公开日2013年4月10日 申请日期2013年1月6日 优先权日2013年1月6日
发明者龚国芳, 王林涛, 杨华勇, 杨旭, 陈馈, 侯典清 申请人:浙江大学