一种基于全局扭矩主从控制的tbm刀盘混合驱动系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于全局扭矩主从控制的TBM刀盘混合驱动系统。驱动变频电机连接定量泵，补油单向阀组、系统安全阀组、系统冲洗阀组和混合驱动组件相并联连接在定量泵的两个油口之间，变量马达和马达开关阀相并联接在定量泵的两个油口之间，变量马达输出端连接到与传动系统，传动系统分别连接有主驱动变频电机和从驱动变频电机；传动系统与主驱动变频电机之间的扭矩传感器连接到控制器，控制器分别经马达排量增益模块和扭矩增益模块连接到变量马达和驱动变频电机。本发明可同步调整变量马达排量和驱动变频电机的参考扭矩，使得泵驱动变频电机的转速与变量马达的排量互适应，进而协同刀盘的主变频电机使刀盘脱困。
【专利说明】
一种基于全局扭矩主从控制的TBM刀盘混合驱动系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种TBM刀盘驱动系统，尤其涉及一种基于全局扭矩主从控制的TBM刀盘混合驱动系统。
【背景技术】
[0002]刀盘驱动系统是TBM设备的关键系统之一，承担为刀盘破岩提供扭矩的任务。变频电机工作效率较高，变频电机的变频技术也日益成熟，因而现有的TBM刀盘驱动系统采用的是变频电机驱动。然而，由于地质勘测的不准确性，导致系统设计时所设定的刀盘驱动扭矩不能满足复杂的地质环境的要求。另一方面，变频电机本身功率密度较低，高度集成化的掘进设备的空间又有限，所以仅靠增加变频电机的数量无法提供足够的扭矩，从而导致刀盘时常被困，进而影响工程进度。液压马达因其功率密度高的优点，广泛应用于重型机械设备，但是其工作效率比较低，仅使用液压马达驱动刀盘会造成大量能量损失。
【发明内容】
[0003]针对TBM刀盘驱动系统中变频电机提供的扭矩不足导致刀盘被困的问题，本发明的目的在于提供一种基于全局扭矩主从控制的刀盘混合驱动系统，该系统采用变频电机与变频电机+定量栗+变量马达混合驱动的方式，将主电机扭矩信号反馈给控制器，计算处理后乘以马达排量增益来调整变量马达的排量，乘以扭矩增益来调整栗的变频电机的参考扭矩，从而实现驱动变频电机的转速与变量马达排量的互适应，使得系统压力达到相对稳定，进而实现刀盘高效脱困。另外，该驱动系统采用变频电机主从控制的方法控制驱动变频电机，具有高效、可控性强的特点。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]本发明包括驱动变频电机、定量栗、油箱、补油单向阀组、补油系统、补油溢流阀、系统安全阀组、系统冲洗阀组和混合驱动组件;驱动变频电机连接定量栗，由两个单向阀背向安装组成的补油单向阀组、由两个反向并联安装的溢流阀组成的系统安全阀组、由冲洗阀和冲洗限压阀组成的系统冲洗阀组的两端油口和混合驱动组件相并联连接在定量栗的两个油口之间；混合驱动组件包括变量马达、马达开关阀、马达排量增益模块、扭矩增益模块和传动系统。
[0006]所述的混合驱动组件中，变量马达和马达开关阀相并联接在定量栗的两个油口之间，变量马达输出端连接到与传动系统，传动系统分别连接有主驱动变频电机和从驱动变频电机;传动系统与主驱动变频电机之间设有扭矩传感器，扭矩传感器连接到控制器的输入端，控制器的输出端分别经马达排量增益模块和扭矩增益模块连接到变量马达和驱动变频电机。
[0007]所述的补油单向阀组中两个单向阀之间的进油口分别与补油系统和补油溢流阀的进口连接，补油溢流阀出口接油箱。
[0008]所述的系统冲洗阀组中，冲洗阀的中间出油口经冲洗限压阀连接油箱。
[0009]本发明具有的有益效果是:
[0010]本发明在刀盘负载扭矩增大超过变频电机驱动能力时，可以结合主电机反馈的扭矩信号，同步调整变量马达排量和驱动变频电机的参考扭矩，从而实现驱动变频电机的转速与变量马达的排量互适应，进而协同刀盘主变频电机使刀盘脱困。
【附图说明】
[0011]图1是本发明刀盘混合驱动系统的原理结构图。
[0012]图中:1、驱动变频电机，2、定量栗，3、补油单向阀组，4、补油溢流阀，5、油箱，6、补油系统，7、系统安全阀组，8、系统冲洗阀组，9、马达开关阀，10、变量马达，11.1、主驱动变频电机，11.2、从驱动变频电机，12、扭矩传感器，13、传动系统，14、控制器，15、马达排量增益模块，16、变频电机的扭矩增益模块。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0014]如图1所示，本发明包括驱动变频电机1、定量栗2、油箱5、补油单向阀组3、补油系统6、补油溢流阀4、系统安全阀组7、系统冲洗阀组8、马达开关阀9、变量马达10、主驱动变频电机11.1、从驱动变频电机11.2、扭矩传感器12、传动系统13、控制器14、马达排量增益模块15和扭矩增益模块16。
[0015]如图1所示，定量栗2的A2油口、补油单向阀组3的A3侧出油口、系统安全阀组7的A7侦腿油口、系统冲洗阀组8的A8侧进油口、系统冲洗阀组8的A8侧控制油口、马达开关阀9的A9油口和变量马达10的AlO油口相连;定量栗2的B2油口、补油单向阀组3的B3侧出油口、系统安全阀7的B7侧进油口、系统冲洗阀8的B8侧进油口、系统冲洗阀8的B8侧控制油口、马达开关阀9的B9油口和变量马达10的BlO油口相连。
[0016]如图1所示，补油系统6的出油口、补油单向阀组3的P3进油口和补油溢流阀4的进油口相连;补油溢流阀4的出油口与油箱5相连，系统冲洗阀组8的T8出油口与油箱5相连。
[0017]如图1所示，主驱动变频电机11.1与扭矩传感器12的进口相连，扭矩传感器12的出口与传动系统13的进口相连，从驱动变频电机11.2与传动系统13的进口相连;变量马达1的输出端与传动系统13的进口相连;扭矩传感器12的输出信号与控制器14的进口端相连，控制器14的出口端、马达排量增益模块15的进口端和变频电机扭矩模块16的进口端相连，马达排量增益模块15的出口端和变量马达10的控制端口相连，变频电机扭矩模块16的出口端和驱动变频电机I的控制端口相连。
[0018]本发明的工作过程及其原理如下:
[0019]TBM刀盘混合驱动包括两种工况:正常工况和脱困工况。
[0020]正常工况下，主驱动变频电机11.1和从驱动变频电机11.2提供的扭矩能满足传动系统13所需要的扭矩，驱动变频电机I不工作，变量马达开关阀9失电连通，变量马达10的排量调至最小，变量马达10空转，以变量马达10正转(B10油口出高压油，A10油口进低压油)为例，冲洗阀组8的B侧的控制油口压力高于A侧的控制油口压力，冲洗阀组8中的换向阀下位工作，变量马达10的BlO油口流出的高压油从变量马达开关阀9的B9油口流入，由马达开关阀9的A9油口流出；补油系统6提供的油液部分通过补油溢流阀4流入油箱5，剩余的油液从补油单向阀组3的A3出油口流出，从A3出油口流出的油液部分从冲洗阀组8的A8油口进入，由冲洗阀组8的T8油口流回油箱5，其余的油液与变量马达开关阀9的A9油口流出的高压油汇合，共同流入变量马达10的AlO油口。
[0021]脱困工况下，主驱动变频电机11.1和从驱动变频电机11.2提供的扭矩不满足传动系统13所需要的扭矩，驱动变频电机I启动，马达开关阀9得电不连通，以驱动变频电机I正转为例，定量栗2的A2油口进油，B2油口出高压油，冲洗阀组8的B侧的控制油口压力高于A侧的控制油口压力，冲洗阀组8中的换向阀下位工作，补油系统6提供的油液部分通过补油溢流阀4流入油箱5，剩余的油液从补油单向阀组3的A3出油口流出；由B2油口流出的高压油经变量马达10的BlO油口进入，AlO油口流出，从AlO油口流出的回油部分从冲洗阀组8的A8油口进入，由冲洗阀组8的T8油口流回油箱5，剩余的回油与补油阀组3的A3出油口的油液汇合，共同流入定量栗2的A2油口；扭矩传感器12将扭矩信号传给控制器14的输入端，信号经过控制器14计算处理后，由控制器14输出端输出，处理后的信号经过马达排量增益模块15传给变量马达10的控制端口，调节变量马达10的排量;处理后的信号同时经过扭矩增益模块16传给功率更大的驱动变频电机I的控制端口，作为驱动变频电机I的参考扭矩。当刀盘开始脱困时，设定驱动变频电机I的参考扭矩为主电机扭矩*马达数量/液压系统效率，设定马达排量使得系统压力在中高压力附近，并使得变量马达10的输出扭矩与电机扭矩基本一致；当仍不能脱困时，增大变量马达10的排量的同时增大驱动变频电机I的参考扭矩，驱动变频电机I为达到参考扭矩将自动达到需要的转速，为变量马达10提供足够的工作流量和压力，通过对变量马达10的排量和驱动变频电机I的参考扭矩的同步协调，可实现系统工作压力的基本一致。
[0022]本发明能实现驱动变频电机的转速与变量马达的排量互适应，协同刀盘主变频电机使刀盘脱困，相比现有驱动系统，本发明系统压力更稳定，具有高效、可控性强的特点和突出技术效果。
【主权项】
1.一种基于全局扭矩主从控制的TBM刀盘混合驱动系统，其特征在于:包括驱动变频电机(I)、定量栗(2)、油箱(5)、补油单向阀组(3)、补油系统(6)、补油溢流阀(4)、系统安全阀组(7)、系统冲洗阀组(8)和混合驱动组件;驱动变频电机(I)连接定量栗(2)，由两个单向阀背向安装组成的补油单向阀组(3)、由两个反向并联安装的溢流阀组成的系统安全阀组(7)、由冲洗阀和冲洗限压阀组成的系统冲洗阀组(8)的两端油口和混合驱动组件相并联连接在定量栗(2)的两个油口之间；混合驱动组件包括变量马达(10)、马达开关阀(9)、马达排量增益模块(15)、扭矩增益模块(16)和传动系统(13)。2.根据权利要求1所述的一种基于全局扭矩主从控制的TBM刀盘混合驱动系统，其特征在于:所述的混合驱动组件中，变量马达(10)和马达开关阀(9)相并联接在定量栗(2)的两个油口之间，变量马达(10)输出端连接到与传动系统(13)，传动系统(13)分别连接有主驱动变频电机(11.1)和从驱动变频电机(11.2);传动系统(13)与主驱动变频电机(11.1)之间设有扭矩传感器(12)，扭矩传感器(12)连接到控制器(14)的输入端，控制器(14)的输出端分别经马达排量增益模块(15)和扭矩增益模块(16)连接到变量马达(10)和驱动变频电机(I)。3.根据权利要求1所述的一种基于全局扭矩主从控制的TBM刀盘混合驱动系统，其特征在于:所述的补油单向阀组(3)中两个单向阀之间的进油口(P3)分别与补油系统(6)和补油溢流阀(4)的进口连接，补油溢流阀(4)出口接油箱。4.根据权利要求1所述的一种基于全局扭矩主从控制的TBM刀盘混合驱动系统，其特征在于:所述的系统冲洗阀组⑶中，冲洗阀的中间出油口经冲洗限压阀连接油箱。5.根据权利要求1所述的一种基于全局扭矩主从控制的TBM刀盘混合驱动系统，其特征在于:所述的定量栗(2)的A2油口、补油单向阀组(3)的A3侧出油口、系统安全阀组(7)的A7侦_油□、系统冲洗阀组(8)的A8侧进油□、系统冲洗阀组(8)的A8侧控制油□、马达开关阀(9)的A9油口和变量马达(10)的AlO油口相连;定量栗(2)的B2油口、补油单向阀组(3)的B3侧出油口、系统安全阀(7)的B7侧进油口、系统冲洗阀(8)的B8侧进油口、系统冲洗阀(8)的B8侧控制油口、马达开关阀(9)的B9油口和变量马达(10)的BlO油口相连。6.根据权利要求2所述的一种基于全局扭矩主从控制的TBM刀盘混合驱动系统，其特征在于:所述补油系统(6)的出油口、补油单向阀组(3)的P3进油口和补油溢流阀(4)的进油口相连;补油溢流阀(4)的出油口与油箱(5)相连，系统冲洗阀组(8)的T8出油口与油箱(5)相连。
【文档编号】E21D9/093GK105863658SQ201610187698
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】龚国芳, 石卓, 刘统, 彭左, 吴伟强, 王飞, 杨华勇
【申请人】浙江大学