压力流量全过程适应的tbm推进液压系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种压力流量全过程适应的TBM推进液压系统。包括电机、变量泵、变量缸、三位三通换向阀、节流口、溢流阀、安全阀、比例调速阀、两位两通换向阀、三位四通比例换向阀、四个比例减压阀、四个单向阀、四个液压缸、两位三通换向阀、可变节流口、比例溢流阀、进油管、回油管、油箱。本发明采用比例调速阀一级调节系统流量，各个推进液压缸采用独立的比例减压阀控制，可在TBM快速推进、正常推进、快速回退全过程中实时协调控制。采用压力流量全过程适应的TBM推进液压系统能够适应复杂地质环境掘进工况，适合于各种地质条件下推进支撑换步全过程硬岩掘进装备推进运动控制。
【专利说明】压力流量全过程适应的TBM推进液压系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及流体压力执行机构，尤其涉及一种压力流量全过程适应的TBM推进液压系统。
【背景技术】
[0002]硬岩隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,简称TBM)。它是一种靠电力或液力驱动掘进刀盘旋转，在推进系统作用下刀盘向岩层顶进，同时依靠刀盘上的盘形滚刀挤压破碎岩石，从而使隧洞全断面一次开挖成形的大型工程机械。TBM集掘进、出渣、初期支护、通风除尘为一体，掘进速度快、施工质量稳定、安全作业条件好，对生态环境影响小。
[0003]TBM推进支撑系统具备推进、支撑、换步、调向的功能。由于围岩环境不确定性、强冲击、强振动，在任何围岩条件下产生稳定的大推力，高效的传递和精准的姿态控制成为推进系统的制约条件。工程中易发生大梁焊缝开裂、密封件失效、侧壁撑不住、构件易损伤等技术问题。为解决能量利用率低、工效低的难题，推进电液控制参数优化是TBM工程应用的新挑战。
[0004]TBM—般可分为开敞式TBM和护盾式TBM两大类型。开敞式TBM目前主要有两种结构形式:一种为前后共有两组“X”形支撑的双支撑(凯氏)TBM;另一种为单支撑主梁开敞式TBM。从地质角度来讲，软弱围岩所占比例较大的隧道一般选用护盾式TBM，而岩石稳定性好的隧道右边选用开敞式TBM。在传统单支撑主梁开敞式TBM中，四个TBM推进液压缸通过共同的压力油来控制，四个液压缸进行联动。而在实际隧道掘进过程中，由于测量误差以及掘进负载不均匀，TBM推进是沿着隧洞设计轴线且略微偏移设计轴线并不断纠偏的过程。在TBM支撑推进换步全过程中，若能对四个液压缸进行独立控制，就能实现及时的TBM姿态控制。在隧道弯道处也能使TBM更快更精准地沿设计轴线弯道掘进，避免全过程的液压能能量浪费。传统的四缸同时联动的推进液压系统设计，无法满足TBM姿态调整和纠偏时四个推进油缸行程不一致的广义同步，影响隧洞质量，推进效率得不到有效提高。
【发明内容】
[0005]为了克服现有的TBM施工过程中存在的效率低下、纠偏不及时等问题，兼顾满足硬岩掘进施工要求，本发明提供了一种压力流量全过程适应的TBM推进液压系统，既可以实现推进压力和推进流量的协调控制，增加推进系统自动纠偏的灵活性，又可以解决推进系统各个液压缸协同控制效率低的问题。
[0006]本发明解决技术问题所采用的技术方案是:
压力流量全过程适应的TBM推进液压系统包括油源和并联放置的4个液压缸，油源包括电动机、变量泵、变量缸、三位三通换向阀、节流口、溢流阀、安全阀、比例调速阀、两位两通换向阀、三位四通比例换向阀、二位三通换向阀、可变节流口、比例溢流阀、进油管、回油管和油箱；每个液压缸包括比例减压阀、单向阀、液压缸，油源与液压缸的连接关系为:电动机与变量泵刚性连接，变量泵的吸油口与油箱连通；变量泵的出油口与变量缸的第一油口、三位三通换向阀的第二油口、节流口的进油口、三位三通换向阀的先导控制油口、安全阀的进油口、比例调速阀的进油口、两位两通换向阀的第一油口相连；变量缸的第二油口与三位三通换向阀的第一油口相连；节流口的出油口与溢流阀的进油口、三位三通换向阀的先导控制油口连通；三位三通换向阀的第三油口、溢流阀的出油口、安全阀的出油口与油箱连通；比例调速阀的出油口与两位两通换向阀的第二油口、三位四通比例换向阀的第一油口连通；三位四通比例换向阀的第二油口、比例减压阀的进油口、单向阀的第二油口与进油管连通；比例减压阀的出油口与单向阀的第一油口、液压缸的第一油口连通；液压缸的第二油口、二位三通换向阀的第一油口与回油管连通；二位三通换向阀的第二油口与可变节流口的进油口连通；二位三通换向阀的第三油口与可变节流口的出油口、三位四通比例换向阀的第三油口、比例溢流阀的进油口连通；三位四通比例换向阀的第四油口、比例溢流阀的出油口与油箱连通。
[0007]本发明与【背景技术】相比，具有的有益效果是:
I)各个液压缸动力参数(压力和流量)全过程实时独立可调，增加系统姿态控制和推进纠偏的灵活性。
[0008]2)各个液压缸可根据串接的比例减压阀进行实时独立调节，在不均匀地质或负载不均布围岩环境下，可依据岩层特征或在线检测实时调节各缸的压力，从而实现各缸推进力和推进速度自适应。同时，在隧洞弯道处掘进，左右两组液压缸行程相差较大时，系统能通过智能控制对各个液压缸调节压力区别控制，降低控制难度，提高运动控制精度，提高系统效率，在长距离隧道施工过程中节能效果突出。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1:压力流量全过程适应的TBM推进液压系统结构示意图；
图中:电动机1、变量泵2、变量缸3、三位三通换向阀4、节流口 5、溢流阀6、安全阀7、比例调速阀8、两位两通换向阀9、三位四通比例换向阀10、比例减压阀11、单向阀12、液压缸13、二位三通换向阀14、可变节流口 15、比例溢流阀16、进油管17、回油管18、油箱19。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0011]压力流量全过程适应的TBM推进液压系统包括油源和并联放置的4个液压缸，油源包括电动机1、变量泵2、变量缸3、三位三通换向阀4、节流口 5、溢流阀6、安全阀7、比例调速阀8、两位两通换向阀9、三位四通比例换向阀10、二位三通换向阀14、可变节流口 15、比例溢流阀16、进油管17、回油管18和油箱19 ;每个液压缸包括比例减压阀11、单向阀12、液压缸13，油源与液压缸的连接关系为:电动机I与变量泵2刚性连接，变量泵2的吸油口S与油箱19连通；变量泵2的出油口 P与变量缸3的第一油口 A3、三位三通换向阀4的第二油口 A4、节流口 5的进油口 P5、三位三通换向阀4的先导控制油口 x2、安全阀7的进油口 P7、比例调速阀8的进油口 P8、两位两通换向阀9的第一油口 P9相连；变量缸3的第二油口 B3与三位三通换向阀4的第一油口 P4相连；节流口 5的出油口 T5与溢流阀6的进油口 P6、三位三通换向阀4的先导控制油口 xl连通；三位三通换向阀4的第三油口 T4、溢流阀6的出油口 T6、安全阀7的出油口 17与油箱19连通；比例调速阀8的出油口 T8与两位两通换向阀9的第二油口 T9、三位四通比例换向阀10的第一油口 PlO连通；三位四通比例换向阀10的第二油口 A10、比例减压阀11的进油口 P11、单向阀12的第二油口 T12与进油管17连通；比例减压阀11的出油口 Tll与单向阀12的第一油口 P12、液压缸13的第一油口 P13连通；液压缸13的第二油口 T13、二位三通换向阀14的第一油口 P14与回油管18连通；二位三通换向阀14的第二油口 A14与可变节流口 15的进油口 P15连通；二位三通换向阀14的第三油口 B14与可变节流口 15的出油口 T15、三位四通比例换向阀10的第三油口B10、比例溢流阀16的进油口 P16连通；三位四通比例换向阀10的第四油口 T10、比例溢流阀16的出油口 T16与油箱19连通。
[0012]本发明的工作原理如下:
电动机I得电启动，驱动变量泵2转动，变量泵2通过吸油口 S从油箱吸油，变量泵2打出的压力油通过出油口 P分别进入变量缸3的油口 A3、三位三通换向阀4的油口 A4、节流口 5的油口 P5、三位三通换向阀4的油口 x2、安全阀7的进油口 P7、比例调速阀8的油口P8以及两位两通换向阀9的油口 P9。
[0013]TBM向前推进时，两位两通换向阀9失电，泵出口压力油经过比例调速阀8油口 P8流进，从比例调速阀8的油口 T8流出，流入三位四通比例换向阀10的油口 P10、两位两通换向阀的油口 T9。三位四通比例换向阀10的先导阀电磁铁alO得电，压力油从三位四通比例换向阀10的油口 A 10流向进油管17。从进油管17流出的压力油，流入比例减压阀11的油口 P11、单向阀12的油口 T12，单向阀12反向不导通。从Pll流入的压力油经比例减压阀11的油口 Tll流出，经液压缸13油口 P13进入液压缸13无杆腔，推动液压缸前进。回油经过液压缸13油口 T13进入回油管18。从回油管18流出的油经过二位三通换向阀14和可变节流口 15进入三位四通比例换向阀10的油口 B10、比例溢流阀16的油口 P16。最终回油经过三位四通比例换向阀10油口 B10T10流回油箱19。
[0014]变量泵2带压力补偿环节，在推进过程中系统压力保持恒定。变量缸3的油口 A3、B3分别与泵出口 P以及三位三通换向阀4的油口 P4相连。系统压力升高时，三位三通换向阀4控制油口 x2控制压力增大，阀4工作在下位，变量缸3左腔压力大于右腔压力，缸杆右移，变量泵3排量减小，系统压力减小直至系统压力达调定值，三位三通换向阀4回到中位；系统压力降低时，三位三通换向阀4控制油口 x2控制压力小于油口 xl压力，阀4工作在上位，变量缸3右腔压力大于左腔压力，缸杆左移，变量泵3排量增大，系统压力增大直至系统压力达调定值，三位三通换向阀4回到中位。系统压力由溢流阀6调定，多余油液经溢流阀6油口 T6流回油箱19。
[0015]液压缸推进有快速推进和正常推进两种工况。快速推进时，二位三通换向阀14电磁铁得电，阀14工作在右位。可变节流口 15被短路，系统回油经二位三通换向阀14油口P14B14、三位四通比例换向阀10的油口 BlOTlO流回油箱，缸杆快速伸出。正常推进时，二位三通换向阀14电磁铁失电，阀14工作在左位。系统回油从二位三通换向阀14的油口 A14流出，流入可变节流口 15的油口 P15，经T15流入三位四通比例换向阀10的油口 BIOT10流回油箱，缸杆正常伸出。液压缸推进速度通过调节可变节流口 15的开度来调节。
[0016]当液压缸实现回退动作时时，两位两通换向阀9得电，经过比例调速阀8被短路，泵出口压力油从两位两通换向阀9流出，流入三位四通比例换向阀10的油口 P10。三位四通比例换向阀10的先导阀电磁铁blO、二位三通换向阀14电磁铁得电，可变节流口 15被短路。压力油经三位四通比例换向阀10的油口 P10B10，流经二位三通换向阀14的油口B14P14,流向回油管18。压力油经液压缸13油口 T13进入液压缸13有杆腔，实现液压缸回退。此时比例减压阀11被短路，回油经过单向阀12，流经进油管17，流入三位四通比例换向阀10的油口 A10T10，最后流回油箱19。
[0017]回退过程中，比例调速阀8、可变节流口 15以及比例减压阀11被短路，减少系统的节流损失，避免能量浪费，实现快速回退。
[0018]当系统压力超过设定安全压力时，安全阀7开启，变量泵2出油口 P流出的油液经过安全阀7进油口 P7流进安全阀7，从安全阀7的回油口 17流回油箱，实现卸荷。
【权利要求】
1.一种压力流量全过程适应的TBM推进液压系统，其特征在于包括油源和并联放置的4个液压缸，油源包括电动机(I)、变量泵(2 )、变量缸(3 )、三位三通换向阀(4)、节流口(5)、溢流阀(6)、安全阀(7)、比例调速阀(8)、两位两通换向阀(9)、三位四通比例换向阀(10)、二位三通换向阀(14)、可变节流口(15)、比例溢流阀(16)、进油管(17)、回油管(18)和油箱(19);每个液压缸包括比例减压阀(11)、单向阀(12)、液压缸(13)，油源与液压缸的连接关系为:电动机(I)与变量泵(2)刚性连接，变量泵(2)的吸油口( S)与油箱(19)连通；变量泵(2)的出油口(P)与变量缸(3)的第一油口(A3)、三位三通换向阀(4)的第二油口(A4)、节流口(5)的进油口(P5)、三位三通换向阀(4)的先导控制油口(x2)、安全阀(7)的进油口(P7)、比例调速阀(8)的进油口(P8)、两位两通换向阀(9)的第一油口(P9)相连；变量缸(3 )的第二油口(B3 )与三位三通换向阀(4)的第一油口(P4)相连；节流口( 5 )的出油口(T5)与溢流阀(6)的进油口(P6)、三位三通换向阀(4)的先导控制油口(xl)连通；三位三通换向阀(4)的第三油口(T4)、溢流阀(6)的出油口(T6)、安全阀(7)的出油口(T7)与油箱(19 )连通；比例调速阀(8 )的出油口( T8 )与两位两通换向阀(9 )的第二油口( T9 )、三位四通比例换向阀(10)的第一油口(PlO)连通；三位四通比例换向阀(10)的第二油口(A10)、比例减压阀(11)的进油口(P11)、单向阀(12)的第二油口(T12)与进油管(17)连通；比例减压阀(11)的出油口(Tll)与单向阀(12)的第一油口(P12)、液压缸(13)的第一油口(P13)连通；液压缸(13)的第二油口(T13)、二位三通换向阀(14)的第一油口(P14)与回油管(18)连通；二位三通换向阀(14)的第二油口(A14)与可变节流口(15)的进油口(P15)连通；二位三通换向阀(14)的第三油口(B14)与可变节流口(15)的出油口(T15)、三位四通比例换向阀(10)的第三油口(B10)、比例溢流阀(16)的进油口(P16)连通；三位四通比例换向阀(10)的第四油口(T10)、比例溢流阀(16)的出油口(T16)与油箱(19)连通。
【文档编号】F15B13/06GK103727099SQ201310716992
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】龚国芳, 吴伟强, 彭雄斌, 杨华勇, 张千里 申请人:浙江大学