一种高效节能的TBM水平姿态调整液压系统的制作方法

本发明涉及一种tbm水平姿态调整液压系统，尤其涉及一种高效节能的tbm支撑液压系统。

技术背景

tbm姿态调整系统的目标是使tbm沿着隧道设计轴线进行掘进，tbm机身姿态控制的精准程度直接关系着开挖隧道的质量。tbm掘进隧道过程中，在满足掘进质量的同时，高效与节能同样是tbm掘进的指标。

tbm水平姿态调整液压系统的执行元件由对称布置的四个推进液压缸和一对水平撑紧液压缸组成，承担着推进液压缸高压推进、低压快回与撑紧液压缸低压快进、高压撑紧、姿态调整、泄压、低压快回七大功能。七大功能中工况各不相同，现有的高精度tbm水平姿态调整液压系统均未考虑高效与节能，一般都是采用同一液压泵与同一液压控制阀，这样会导致在高压小流量工况下产生大量溢流损失，在低压大流量工况下造成液压缸速度过低的问题。

技术实现要素：

为了克服现有高精度tbm水平姿态调整液压系统高压小流量工况下溢流损失过大、低压大流量工况下液压缸速度过低，本发明的目的在于提供一种高效节能的tbm水平姿态调整液压系统，在推进液压缸高压推进过程中采用高压小流量定量液压泵与比例减压阀(或者比例调速阀加比例溢流阀)实现高精度压力与流量控制；在推进液压缸电液快回过程中采用低压大流量定量液压泵与节流阀实现推进液压缸的高速退回；在撑紧液压缸低压快进与低压快回过程中采用低压大流量定量液压泵与节流阀及差动联接实现撑紧液压缸的高速运动；在撑紧液压缸高压撑紧过程中采用高压小流量定量液压泵与节流阀实现撑紧液压缸的高压撑紧，并采用蓄能器实现保压；在撑紧液压缸缸筒水平浮动调整姿态过程中采用高压小流量定量液压泵与比例换向阀实现高精度位置控制；在tbm暂停掘进过程中采用电磁溢流阀实现每个液压泵的卸荷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高效节能的tbm水平姿态调整液压系统，其包括油源系统ⅰ、撑紧系统ⅱ、推进系统ⅲ和油箱；油源系统ⅰ通过液压泵吸油管路和溢流阀泄油管路与油箱连接；撑紧系统ⅱ和推进系统ⅲ通过高压管路与油源系统ⅰ连接，并通过回油管路与油箱连接；撑紧系统ⅱ与推进系统ⅲ之间没有连接。

在本发明的一个实施例中，所述的油源系统ⅰ至少包括第一高压小流量定量液压泵、低压大流量定量液压泵、第二高压小流量定量液压泵；所述第一高压小流量定量液压泵、低压大流量定量液压泵的出油口与撑紧系统ⅱ相连，用于给撑紧系统ⅱ供油；所述的低压大流量定量液压泵、第二高压小流量定量液压泵的出油口与推进系统ⅲ相连；用于给推进系统ⅲ供油。

在本发明的一个实施例中，所述的油源系统ⅰ还包括第一电磁溢流阀、第二电磁溢流阀、第三电磁溢流阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀和第四单向阀；

第一高压小流量定量液压泵的出油口同时与第一单向阀的正向油口、第二单向阀的正向油口和第一电磁溢流阀的进油口相连，低压大流量定量液压泵的出油口同时与第四单向阀的正向油口和第三电磁溢流阀的进油口相连，第二高压小流量定量液压泵的出油口同时与第三单向阀的正向油口和第二电磁溢流阀的进油口相连，第一高压小流量定量液压泵的吸油口、低压大流量定量液压泵的吸油口、第二高压小流量定量液压泵的吸油口、第一电磁溢流阀的泄油口、第二电磁溢流阀的泄油口和第三电磁溢流阀的泄油口均与油箱相连。

在本发明的一个实施例中，所述的撑紧系统ⅱ包括单向节流阀、溢流阀、蓄能器、三位四通电磁换向阀a、三位四通电液比例换向阀、三位四通电磁换向阀b、第一电液比例溢流阀、第一节流阀、第二节流阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第三液控单向阀、第四液控单向阀、二位三通电磁换向阀a、二位三通电磁换向阀b、第一压力传感器、第一撑紧液压缸和第二撑紧液压缸；

在本发明的一个实施例中，所述的推进系统ⅲ主要包括第五单向阀、第六单向阀、二位二通电磁换向阀a、二位二通电磁换向阀b、二位三通电磁换向阀c、二位三通电磁换向阀d、第一电液比例减压阀、第二电液比例减压阀、第一电液比例调速阀、第二电液比例调速阀、第二电液比例溢流阀、第三电液比例溢流阀、第三节流阀、三位四通电磁换向阀c、三位四通电磁换向阀d、第一推进液压缸、第二推进液压缸、第三推进液压缸和第四推进液压缸；

在本发明的一个实施例中，撑紧系统ⅱ中还包括第一位移传感器，所述第一位移传感器检测两个撑紧液压缸共同缸筒的位移，其与三位四通电液比例换向阀构成位置闭环控制回路；第一压力传感器与第一电液比例溢流阀构成压力闭环控制回路。

在本发明的一个实施例中，推进系统ⅲ还包括第二压力传感器和第三压力传感器分别与第一电液比例减压阀和第二电液比例减压阀构成压力闭环控制回路。

在本发明的一个实施例中，所述推进系统ⅲ还包括第二位移传感器和第三位移传感器；所述第二位移传感器检测第一推进液压缸的位移；第三位移传感器检测第三推进液压缸的位移。

本发明与

背景技术：
相比，具有的有益效果是：

本发明的tbm水平姿态调整液压系统在保证tbm高精度推进及水平姿态调整的同时，通过采用低压大流量定量液压泵与节流阀和电磁换向阀实现了推进液压缸的快回及撑紧液压缸的快出及快回，实现了高速高效；同时采用蓄能器对撑紧液压缸高压撑紧工况进行保压，通过单向阀使得撑紧液压缸在高精度调整姿态工况过程中始终保持着撑紧所需的压力，同时实现了节能。本发明在保证隧道成型质量的同时，加快了施工进度，实现了节能。

相比于已有的tbm水平姿态调整液压系统，本发明所述油源系统ⅰ采用两个高压小流量定量液压泵可提高姿态调整及高压推进两个动作同时进行的可靠性，采用一个低压大流量定量液压泵可提高撑紧液压缸快出、快回及推进液压缸快出及快回的速度。

相比于已有的tbm水平姿态调整液压系统，本发明所述撑紧系统ⅱ采用蓄能器、单向阀可提高撑紧液压缸高压撑紧及姿态调整两个动作同时进行的可靠性，并且实现了节能，采用一个三位四通电磁换向阀可提高撑紧液压缸快出及快回的速度，采用一个单向节流阀实现了撑紧液压缸的泄压，可减少液压冲击。

相比于已有的tbm水平姿态调整液压系统，本发明的推进系统ⅲ采用二位二通电磁换向阀可提高推进液压缸快出及快回的速度。

附图说明

图1是本发明的液压系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本实施例的高效节能的tbm水平姿态调整液压系统，包括油源系统ⅰ、撑紧系统ⅱ、推进系统ⅲ和油箱；

所述的油源系统ⅰ包括第一电机1、第一高压小流量定量液压泵2、低压大流量定量液压泵3、第二电机4、第二高压小流量定量液压泵5、第一电磁溢流阀6.1、第二电磁溢流阀6.2、第三电磁溢流阀7、第一单向阀11.1、第二单向阀11.2、第三单向阀11.3和第四单向阀12；

第一电机1连接第一高压小流量定量液压泵2与低压大流量定量液压泵3，第一高压小流量定量液压泵2的出油口p2同时与第一单向阀11.1的正向油口a11.1、第二单向阀11.2的正向油口a11.2和第一电磁溢流阀6.1的进油口p6.1相连，低压大流量定量液压泵3的出油口p3同时与第四单向阀12的正向油口a12和第三电磁溢流阀7的进油口p7相连，第二高压小流量定量液压泵5的出油口p5同时与第三单向阀11.3的正向油口a11.3和第二电磁溢流阀6.2的进油口p6.2相连，第一高压小流量定量液压泵2的吸油口t2、低压大流量定量液压泵3的吸油口t3、第二高压小流量定量液压泵5的吸油口t5、第一电磁溢流阀6.1的泄油口t6.1、第二电磁溢流阀6.2的泄油口t6.2和第三电磁溢流阀7的泄油口t7均与油箱相连。

在一个具体实施例中，所述的撑紧系统ⅱ包括单向节流阀8、溢流阀9、蓄能器10、三位四通电磁换向阀a13、三位四通电液比例换向阀14、三位四通电磁换向阀b15、第一电液比例溢流阀20.3、第一节流阀21、第二节流阀22.1、第一液控单向阀23、第二液控单向阀24.1、第三液控单向阀24.2、第四液控单向阀24.3、二位三通电磁换向阀a25.1、二位三通电磁换向阀b25.2、第一压力传感器27.1、第一撑紧液压缸28.1和第二撑紧液压缸28.2和第一位移传感器30。；

第一节流阀21的第一油口a21与第一单向阀11.1的反向油口b11.1、蓄能器10的油口p10和溢流阀9的进油口p9相连，第一节流阀21的第二油口b21与三位四通电磁换向阀a13的进油口p13相连，三位四通电磁换向阀a13的第一出油口a13与单向节流阀8的反向油口a8相连，三位四通电磁换向阀a13的第二出油口b13与第一液控单向阀23的控制油口x23相连，单向节流阀8的正向油口b8与第一液控单向阀23的正向油口a23相连，三位四通电液比例换向阀14的进油口p14与第二单向阀11.2的反向油口b11.2相连，三位四通电液比例换向阀14的第一出油口a14同时与第二液控单向阀24.1的反向油口b24.1和二位三通电磁换向阀a25.1的回油口t25.1相连，三位四通电液比例换向阀14的第二出油口b14同时与第三液控单向阀24.2的反向油口24.2和二位三通电磁换向阀b25.2的回油口t25.2相连，第二节流阀22.1的第一油口a22.1与第四单向阀12的反向油口b12和第三节流阀22.2的第一油口a22.2相连，第二节流阀22.1的第二油口b22.1与三位四通电磁换向阀b15的进油口p15相连，三位四通电磁换向阀b15的第一出油口a15同时与第二液控单向阀24.1的正向油口a24.1、第三液控单向阀24.2的正向油口a24.2和第四液控单向阀24.3的控制油口x24.3相连，三位四通电磁换向阀b15的第二出油口b15同时与第二液控单向阀24.1的控制油口x24.1、第三液控单向阀24.2的控制油口x24.2和第四液控单向阀24.3的正向油口a24.3相连，第一液控单向阀23的反向油口b23同时与二位三通电磁换向阀a25.1的进油口p25.1、二位三通电磁换向阀b25.2的进油口p25.2、第四液控单向阀24.3的反向油口b24.3、第一压力传感器27.1油口p27.1、第一电液比例溢流阀20.3的进油口p20.3、第一撑紧液压缸28.1的无杆腔油口a28.1和第二撑紧液压缸28.2的无杆腔油口a28.2相连，二位三通电磁换向阀a25.1的出油口a25.1与第一撑紧液压缸28.1的有杆腔油口b28.1相连，二位三通电磁换向阀b25.2的出油口a25.2与第二撑紧液压缸28.2的有杆腔油口b28.2相连，溢流阀9的泄油口t9、三位四通电磁换向阀a13的回油口t13、三位四通电液比例换向阀14的回油口t14、三位四通电磁换向阀b15的回油口t15和第一电液比例溢流阀20.3的泄油口t20.3同时与油箱相连。

在一个具体实施例中，所述的推进系统ⅲ包括第五单向阀11.4、第六单向阀11.5、二位二通电磁换向阀a16.1、二位二通电磁换向阀b16.2、二位三通电磁换向阀c17.1、二位三通电磁换向阀d17.2、第一电液比例减压阀18.1、第二电液比例减压阀18.2、第一电液比例调速阀19.1、第二电液比例调速阀19.2、第二电液比例溢流阀20.1、第三电液比例溢流阀20.2、第三节流阀22.2、三位四通电磁换向阀c26.1、三位四通电磁换向阀d26.2、第二压力传感器27.2、第三压力传感器27.3、第一推进液压缸29.1、第二推进液压缸29.2、第三推进液压缸29.3和第四推进液压缸29.4、位移传感器31.1和位移传感器31.2。

第三节流阀22.2的第一油口a22.2与第四单向阀12的反向油口b12相连，第三节流阀22.2的第二油口b22.2同时与二位二通电磁换向阀a16.1的进油口p16.1和二位二通电磁换向阀b16.2的进油口p16.2相连，二位三通电磁换向阀c17.1的进油口p17.1和二位三通电磁换向阀d17.2的进油口p17.2同时与第三单向阀11.3的反向油口b11.3相连，二位三通电磁换向阀c17.1的第一出油口a17.1与第一电液比例减压阀18.1的进油口a18.1相连，二位三通电磁换向阀c17.1的第二出油口b17.1与第一电液比例调速阀19.1的进油口a19.1相连，第一电液比例减压阀18.1的出油口b18.1、第一电液比例调速阀19.1的出油口b19.1和第二电液比例溢流阀20.1的进油口p20.1同时与第五单向阀11.4的正向油口a11.4相连，二位二通电磁换向阀a16.1的出油口t16.1同时与三位四通电磁换向阀c26.1的进油口p26.1和第五单向阀11.4的反向油口b11.4相连，三位四通电磁换向阀c26.1的第一出油口a26.1与第一推进液压缸29.1的有杆腔油口b29.1和第二推进液压缸29.2的有杆腔油口b29.2同时相连，三位四通电磁换向阀c26.1的第二出油口b26.1与第一推进液压缸29.1的无杆腔油口a29.1和第二推进液压缸29.2的无杆腔油口a29.2同时相连，二位三通电磁换向阀d17.2的第一出油口a17.2与第二电液比例减压阀18.2的进油口a18.2相连，二位三通电磁换向阀d17.2的第二出油口b17.2与第二电液比例调速阀19.2的进油口a19.2相连，第二电液比例减压阀18.2的出油口b18.2、第二电液比例调速阀19.2的出油口b19.2和第三电液比例溢流阀20.2的进油口p20.2同时与第六单向阀11.5的正向油口a11.5相连，二位二通电磁换向阀b16.2的出油口t16.2同时与三位四通电磁换向阀d26.2的进油口p26.2和第六单向阀11.5的反向油口b11.5相连，三位四通电磁换向阀d26.2的第一出油口a26.2与第三推进液压缸29.3的有杆腔油口b29.3和第四推进液压缸29.4的有杆腔油口b29.4同时相连，三位四通电磁换向阀d26.2的第二出油口b26.2同时与第三推进液压缸29.3的无杆腔油口a29.3和第四推进液压缸29.4的无杆腔油口a29.4相连，第二电液比例溢流阀20.1的泄油口t20.1、第三电液比例溢流阀20.2的泄油口t20.2、三位四通电磁换向阀c26.1的回油口t26.1和三位四通电磁换向阀d26.2的回油口t26.2同时与油箱相连。

撑紧系统ⅱ中的第一位移传感器30检测第一撑紧液压缸(28.1)和第二撑紧液压缸(28.2)的位移，其与三位四通电液比例换向阀14构成位置闭环控制回路；第一压力传感器27.1与第一电液比例溢流阀20.3构成压力闭环控制回路。

推进系统ⅲ中的第二压力传感器27.2和第三压力传感器27.3分别与第一电液比例减压阀18.1和第二电液比例减压阀18.2构成压力闭环控制回路。

所述推进系统ⅲ中的第二位移传感器31.1和第三位移传感器31.2；所述第二位移传感器31.1检测第一推进液压缸29.1的位移；第三位移传感器31.2检测第三推进液压缸29.3的位移。

发明的工作原理如下：

tbm撑紧液压缸低压快进工况时，三位四通电磁换向阀b15左位电磁铁得电，此时低压大流量定量液压泵3将低压大流量油液通过第四单向阀12、第二节流阀22.1、三位四通电磁换向阀b15、第四液控单向阀24.3、二位三通电磁换向阀a25.1与二位三通电磁换向阀b25.2之后，同时进入第一撑紧液压缸28.1和第二撑紧液压缸28.2的无杆腔和有杆腔，此时两个撑紧液压缸差动连接，实现撑紧液压缸的快进工况。

tbm撑紧液压缸高压撑紧工况时，三位四通电磁换向阀a13右位电磁铁得电，二位三通电磁换向阀a25.1和二位三通电磁换向阀b25.2电磁铁得电，此时第一高压小流量定量液压泵2将高压小流量油液通过第一单向阀11.1、第一节流阀21、三位四通电磁换向阀a13、单向节流阀8、第一液控单向阀23之后，同时进入第一撑紧液压缸28.1和第二撑紧液压缸28.2的无杆腔，两个撑紧液压缸有杆腔的油液通过二位三通电磁换向阀a25.1、二位三通电磁换向阀b25.2、第二液控单向阀24.1、第三液控单向阀24.2、三位四通电磁换向阀b15进入油箱，并通过第一压力传感器27.1与第一电液比例溢流阀20.3实现撑紧压力闭环控制。

tbm撑紧液压缸姿态调整工况时，三位四通电磁换向阀b15电磁铁失电，三位四通电液比例换向阀14电磁铁得电，此时第一高压小流量定量液压泵2将高压小流量油液通过第二单向阀11.2、三位四通电液比例换向阀14、二位三通电磁换向阀a25.1和二位三通电磁换向阀b25.2之后，进入两个第一撑紧液压缸28.1和第二撑紧液压缸28.2的无杆腔，并通过第一位移传感器30与三位四通电液比例换向阀14实现位置闭环控制，可实现高精度的水平姿态调整，同时两个撑紧液压缸的无杆腔通过蓄能器10实现着高压撑紧。

tbm推进液压缸高压推进工况时，三位四通电磁换向阀c26.1与三位四通电磁换向阀d26.2左位电磁铁均得电，此时第二高压小流量定量液压泵5将高压小流量油液通过第三单向阀11.3、二位三通电磁换向阀c17.1、二位三通电磁换向阀d17.2、第一电液比例减压阀18.1、第二电液比例减压阀18.2、第五单向阀11.4和第六单向阀11.5、三位四通电磁换向阀c26.1、三位四通电磁换向阀d26.2之后，进入第一推进液压缸29.1、第二推进液压缸29.2、第三推进液压缸29.3、第四推进液压缸29.4的无杆腔，四个推进液压缸的有杆腔的油液通过三位四通电磁换向阀c26.1、三位四通电磁换向阀d26.2回到油箱，并通过第二压力传感器27.2与第一电液比例减压阀18.1和第三压力传感器27.3与第二电液比例减压阀18.2分别实现分区推进压力闭环控制，此时tbm撑紧液压缸仍保持着高压撑紧与高精度姿态调整。

tbm撑紧液压缸泄压工况时，三位四通电液比例换向阀14电磁铁失电，三位四通电磁换向阀a13左位电磁铁得电，此时第一撑紧液压缸28.1、第二撑紧液压缸28.2无杆腔的高压油通过第一液控单向阀23、单向节流阀8、三位四通电磁换向阀a13进入油箱，通过单向节流阀的阻尼作用减小泄压过程中的液压冲击。

tbm撑紧液压缸快退工况时，三位四通电磁换向阀a13电磁铁失电，三位四通电磁换向阀b15右位电磁铁得电，此时低压大流量定量液压泵3将低压大流量油液通过第四单向阀12、第二节流阀22.1、三位四通电磁换向阀a13、第二液控单向阀24.1和第三液控单向阀24.2、二位三通电磁换向阀a25.1、二位三通电磁换向阀b25.225之后，进入第一撑紧液压缸28.1、第二撑紧液压缸28.2的有杆腔，两个撑紧液压缸无杆腔的油液通过第四液控单向阀24.3、三位四通电磁换向阀a13进入油箱。

tbm推进液压缸快退工况时，三位四通电磁换向阀b15电磁铁失电，二位二通电磁换向阀a16.1、二位二通电磁换向阀b16.2电磁铁得电，三位四通电磁换向阀c26.1、三位四通电磁换向阀d26.2右位电磁铁得电，此时低压大流量定量液压泵3将低压大流量油液通过第四单向阀12、第三节流阀22.2、上述两个二位二通电磁换向阀、上述两个三位四通电磁换向阀之后、进入第一推进液压缸29.1、第二推进液压缸29.2、第三推进液压缸29.3、第四推进液压缸29.4的有杆腔，四个推进液压缸无杆腔的油液通过上述两个三位四通电磁换向阀进入油箱。

当三个定量液压泵不需工作时，可通过电磁溢流阀卸荷，实现了节能。