油缸破碎机装置的液压控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及油缸破碎机装置的液压控制系统及控制方法。


背景技术：

2.盾构机是一种用于隧道开挖的专用设备，因其安全、快速、高效等多种优势，已广泛应用于城市地下空间开发。随着国内盾构行业的快速发展，隧道施工对盾构机的性能要求也越来越高。
3.目前，随着城市开发程度加深，隧道施工对地面环境的影响会越发突出，而泥水隧道掘进机，对地面环境影响较小。油缸破碎机装置是泥水隧道盾构机中的关键部件，处在盾构机气垫仓内，如图1所示，包括两只铰接在气垫仓上的颚板62，两颚板62与气垫仓之间均连接有颚板油缸61，颚板油缸61两端均铰接，伸缩时能够带动颚板61摆动而实现破碎或搅拌功能。
4.由于气垫仓为一封闭环境，当气垫仓封闭后，如要进仓需要的成本很高，花费时间较长，因此，颚板油缸61对控制安全性和稳定性要求较高，就需要尽量少出问题，甚至不出问题。然而，颚板油缸61的动作频次较快，整体形成的冲击较大，容易对颚板油缸、管路的寿命产生影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种油缸破碎机装置的液压控制系统及控制方法，解决现有的颚板油缸冲击较大的问题。
6.本发明中油缸破碎机装置的液压控制系统采用如下技术方案：油缸破碎机装置的液压控制系统，包括：伸出进油控制阀，用于连接在油源和颚板油缸的无杆腔之间；缩回进油控制阀，用于连接在油源和颚板油缸的有杆腔之间；伸出回油控制阀，用于连接在油箱和颚板油缸的有杆腔之间；缩回回油控制阀，用于连接在油箱和颚板油缸的无杆腔之间；伸出回油控制阀和缩回回油控制阀为逻辑阀模块，逻辑阀模块包括：回油主阀，包括回油主阀控制口、回油主阀进油口、回油主阀出油口，回油主阀控制口与回油主阀进油口连通；回油主阀先导阀，包括控制油排放口，用于泄放回油主阀的控制油；回油主阀先导阀动作时具有回油主阀关闭位和回油主阀开启位；处于回油主阀关闭位时，用于截断控制油排放口与回油主阀控制口；处于回油主阀开启位时，用于将回油主阀控制口与控制油排放口连通以开启回油主阀；回油主阀进油口与回油主阀先导阀之间设有节流结构；所述控制油排放口连接有压力调节阀，压力调节阀用于连接控制器，在自身开度变化时调节所述回油主阀的开启量。
7.有益效果：采用上述技术方案，颚板油缸的伸出和缩回均通过进油控制阀、出油控制阀控制，并且伸出回油控制阀和缩回回油控制阀为逻辑阀模块，在保证颚板油缸正常动作的同时，能够依靠会有主阀先导阀与压力调节阀的配合实现会有主阀开启量的调节，颚板油缸开始伸缩动作时，控制压力调节阀的开度由小到大变化，能够使回油主阀逐渐开启；颚板油缸伸缩动作接近终点时，控制压力调节阀的开度由大到小变化，能够使回油主阀逐渐关闭，从而避免颚板油缸快速动作时产生的压力冲击，有利于减少或避免对颚板油缸进行维修，有助于提高作业效率，节省成本。
8.作为一种优选的技术方案：伸出回油控制阀和缩回回油控制阀的回油主阀先导阀的控制油排放口连接在同一只压力调节阀上。
9.有益效果：采用上述技术方案，结构紧凑，零部件数量少。
10.作为一种优选的技术方案：所述回油主阀控制口设有节流结构。
11.作为一种优选的技术方案：所述伸出进油控制阀和缩回进油控制阀为逻辑阀模块，包括：进油主阀，具有进油主阀控制口、进油主阀进油口、进油主阀出油口，进油主阀进油口用于与油源连通；梭阀，具有第一进油口、第二进油口和梭阀出油口，第一进油口、第二进油口分别与进油主阀进油口和进油主阀出油口连接；进油先导阀，具有进油主阀关闭位和进油主阀开启位，处于进油主阀关闭位时，进油主阀控制口与梭阀出油口连通；处于进油主阀开启位时，进油主阀控制口与进油先导阀的控制油排放口连通以开启进油主阀。
12.有益效果：采用上述技术方案，有利于通过逻辑阀保证伸出进油和缩回进油的流量和可靠性。
13.作为一种优选的技术方案：所述液压控制系统还包括单向阀和液压阻尼，单向阀和液压阻尼串联连接，用于串接在油源和所述压力调节阀之间，单向阀由油源向压力调节阀单向导通。
14.有益效果：采用上述技术方案能够削减油压波动，进一步降低颚板油缸的动作冲击。
15.作为一种优选的技术方案：所述液压阻尼设有至少两级。
16.作为一种优选的技术方案：所述压力调节阀为比例溢流阀。
17.有益效果：采用上述技术方案技术成熟，便于控制。
18.作为一种优选的技术方案：所述逻辑阀模块的回油主阀先导阀的控制油排放口与压力调节阀之间连接有背压阀。
19.有益效果：采用上述技术方案，能够防止颚板油缸开始动作时的突然窜动。
20.本发明中油缸破碎机装置的液压控制方法采用如下技术方案：油缸破碎机装置的液压控制方法，该方法使用上述任一种技术方案中的液压控制系统，颚板油缸开始伸缩动作时，控制压力调节阀的开度由小到大变化，使回油主阀逐渐开启；并且／或者，颚板油缸伸缩动作接近终点时，控制压力调节阀的开度由大到小变化，使回油主阀逐渐关闭。
21.有益效果：采用上述技术方案，颚板油缸的伸出和缩回均通过进油控制阀、出油控
制阀控制，并且伸出回油控制阀和缩回回油控制阀为逻辑阀模块，在保证颚板油缸正常动作的同时，能够依靠会有主阀先导阀与压力调节阀的配合实现会有主阀开启量的调节，颚板油缸开始伸缩动作时，控制压力调节阀的开度由小到大变化，能够使回油主阀逐渐开启；颚板油缸伸缩动作接近终点时，控制压力调节阀的开度由大到小变化，能够使回油主阀逐渐关闭，从而避免颚板油缸快速动作时产生的压力冲击，有利于减少或避免对颚板油缸进行维修，有助于提高作业效率，节省成本。
22.作为一种优选的技术方案：颚板油缸停止伸出后，使缩回回油控制阀开启至少一次，将颚板油缸无杆腔卸荷；并且／或者：颚板油缸停止缩回后，使伸出回油控制阀开启至少一次，将颚板油缸有杆腔卸荷。
23.有益效果：采用上述技术方案可以避免在缩回或伸出动作刚开始时，由于颚板油缸内充满高压油而形成压力冲击。
附图说明
24.图1是盾构机中的破碎装置的结构示意图；图2是本发明中油缸破碎机装置的液压控制系统的结构示意图；本发明的液压控制系统的附图中，实线表示动作油路，虚线表示控制油路；图3是颚板油缸伸出过程的油路示意图；图4是颚板油缸缩回过程的油路示意图；图5是图2中伸出进油控制阀和缩回进油控制阀的原理图；图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：11、伸出回油控制阀；12、缩回回油控制阀；13、回油主阀；14、回油主阀先导阀；15、回油主阀控制口；16、回油主阀进油口；17、回油主阀出油口；21、伸出进油控制阀；22、缩回进油控制阀；23、进油主阀；24、梭阀；25、进油先导阀；26、进油主阀控制口；27、进油主阀进油口；28、进油主阀出油口；31、压力调节阀；32、背压阀；33、节流阀；34、有杆腔限压阀；35、油缸位移检测装置；36、油压传感器；37、单向阀；38、液压阻尼；41、伸出供油支路；42、缩回供油支路；43、油压波动削减支路；51、伸出回油支路；52、缩回回油支路；61、颚板油缸；62、颚板；71、油源；72、油箱；73、过滤器；74、变量泵；75、电机；76、联轴器；77、球阀。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.需要说明的是，本发明的具体实施方式中可能出现的术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或
者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
28.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
31.本发明中油缸破碎机装置的液压控制系统的实施例1：如图2，油缸破碎机装置的液压控制系统用于对两只颚板油缸61进行驱动，两只颚板油缸61分别对应一套液压控制系统，两套液压控制系统结构相同，包括伸出进油控制阀21、缩回进油控制阀22、伸出回油控制阀11、缩回回油控制阀12，还包括压力调节阀31，上述五个控制阀为液压控制系统的核心部件。
32.伸出进油控制阀21、缩回进油控制阀22、伸出回油控制阀11、缩回回油控制阀12均为模块式的逻辑阀，形成逻辑阀模块。作为公知常识，逻辑阀也称为插装阀，一般包括先导控制阀、盖板、阀块体和逻辑阀单元，先导控制阀安装在盖板顶部，插装阀单元组件为主阀，设置在盖板底部，能够插装在阀块体内，依靠主阀阀芯上下两端的压力差实现主阀的开启和关闭。逻辑阀的主阀控制口与先导控制阀连接，能够通过不同的压力控制方式实现相应的功能。本发明中，伸出回油控制阀11和缩回回油控制阀12均包括回油主阀13和回油主阀先导阀14；如图5，伸出进油控制阀21和缩回进油控制阀22均包括进油主阀23、梭阀24和进油先导阀25。
33.与液压控制系统适配的油源71包括油箱72、过滤器73、变量泵74、电机75、联轴器76、球阀77，均为现有技术，此处不再具体说明。
34.油源71连接有三个支路，分别是伸出供油支路41、缩回供油支路42、油压波动削减支路43。液压控制系统的低压油路分为两个支路，分别是伸出回油支路51、缩回回油支路52。上述“伸出”、“缩回”是指颚板油缸61的伸出和缩回，颚板油缸61的无杆腔进油时伸出，有杆腔进油时缩回。颚板油缸61的有杆腔同时与缩回进油控制阀22和伸出回油控制阀11连通，缩回进油控制阀22用于连接油源71，伸出回油控制阀11用于连接油箱72。颚板油缸61的无杆腔同时与伸出进油控制阀21和缩回回油控制阀12连通，伸出进油控制阀21用于连接油源71，缩回回油控制阀12用于连接油箱72。
35.油压波动削减支路43串接在油源71和所述压力调节阀31之间，可以削减油源71的
压力波动，降低对泵的压力冲击。油压波动削减支路43包括单向阀37和液压阻尼38，单向阀37和液压阻尼38串联连接，用于串接在油源71和所述压力调节阀31之间，单向阀37由油源71向压力调节阀31单向导通。
36.具体地，伸出回油控制阀11和缩回回油控制阀12的回油主阀13包括回油主阀控制口15、回油主阀进油口16、回油主阀出油口17，回油主阀控制口15与回油主阀进油口16连通；回油主阀先导阀14为两位三通电磁阀，包括控制油排放口、控制油接入口和工作油口，工作油口接油箱72。回油主阀先导阀14动作时具有回油主阀关闭位和回油主阀开启位；处于回油主阀关闭位时，控制油接入口封闭，用于截断控制油排放口与回油主阀控制口15，同时，控制油排放口与工作油口连通；处于回油主阀开启位时，控制油接入口与控制油排放口连通，用于将回油主阀控制口15与控制油排放口连通，使得回油主阀控制口15油压降低，回油主阀13的阀芯在回油主阀进油口16的油压作用下移动，从而开启回油主阀13。当然，对于逻辑阀来说，回油主阀进油口16与回油主阀先导阀14之间设有节流结构，本实施例中采用节流阀33，避免回油主阀先导阀14开启后回油主阀进油口16失压。所述回油主阀控制口15也设有节流结构，本实施例中也采用节流阀33。
37.压力调节阀31为比例溢流阀，当伸出回油控制阀11和／或缩回回油控制阀12开启时，与控制器连接的压力调节阀31自身开度变化，调节所述回油主阀13的开启量，颚板油缸61伸出时，控制压力调节阀31的开度由小到大变化，使回油主阀13逐渐开启；颚板油缸61伸出接近终点时，控制压力调节阀31的开度由大到小变化，使回油主阀13逐渐关闭。
38.另外，回油主阀先导阀14的控制油排放口与压力调节阀31之间连接有背压阀32，本实施例中背压阀32采用现有技术中的单向直动型溢流阀。设置背压阀32能够防止颚板油缸61开始动作时的突然窜动。
39.伸出进油控制阀21和缩回进油控制阀22的进油主阀23具有进油主阀控制口26、进油主阀进油口27、进油主阀出油口28，进油主阀进油口27用于与油源71连通，进油主阀出油口28与颚板油缸61的无杆腔连通。梭阀24为或门型式，具有第一进油口、第二进油口和梭阀出油口，第一进油口、第二进油口分别与进油主阀进油口27和进油主阀出油口28连接，梭阀出油口与进油先导阀25连接。进油先导阀25也为两位三通电磁阀，包括控制油排放口、控制油接入口和梭阀连接口，动作时具有进油主阀关闭位和进油主阀开启位，处于进油主阀关闭位时，控制油接入口与梭阀连接口连通，使得进油主阀控制口26与梭阀出油口连通；处于进油主阀开启位时，控制油排放口与控制油接入口连通，使得进油主阀控制口26与进油先导阀25的控制油排放口连通，进油主阀控制口26油压降低，回油主阀13的阀芯在回油主阀进油口16的油压作用下移动，从而开启进油主阀23。进油先导阀25的梭阀连接口与梭阀24的梭阀出油口之间，以及进油先导阀25的控制油接入口与进油主阀23的进油主阀控制口26之间均设有节流结构，本实施例中也采用节流阀33。
40.为了保护破碎装置，限制破碎装置的有杆腔压力不超过设定值，液压控制系统还包括有杆腔限压阀34，有杆腔限压阀34采用直动型溢流阀，与伸出回油控制阀11的回油主阀进油口16连通。
41.另外，液压控制系统还包括油缸位移检测装置35，油缸位移检测装置35可以采用直接测量，如油缸内置位移传感器；也可以采用间接测量：例如通过编码器间接测量破碎装置的颚板62摆动角度，再如通过流量计测量颚板油缸61的充油量。本实施例中油缸位移检
测装置35连接在颚板油缸61的有杆腔上，采用上述第三种方式。颚板油缸61的有杆腔和无杆腔还分别连接有油压传感器36，能够实时检测颚板油缸61的有杆腔和无杆腔的压力。通过检测颚板油缸61的压力和位移，能够控制颚板油缸61实现相应的动作——破碎和搅拌，破碎动作时，左右两只颚板油缸61同伸、同缩，搅拌动作时，左右两只颚板油缸61一伸一缩。具体实现方式可以采用现有技术，此处不再详细说明。
42.如图3，颚板油缸61伸出时，压力油经伸出进油控制阀21进油到颚板油缸61的无杆腔，颚板油缸61有杆腔的回油经油缸位移检测装置35到伸出回油控制阀11，伸出回油控制阀11的控制油经背压阀32和压力调节阀31回到油箱72，颚板油缸61伸出。颚板油缸61开始伸出时，控制压力调节阀31的开度由小到大变化，使回油主阀13逐渐开启；并且，颚板油缸61伸出接近终点时，控制压力调节阀31的开度由大到小变化，使回油主阀13逐渐关闭，从而避免颚板油缸61快速动作时产生的压力冲击。
43.如图4，颚板油缸61缩回时，压力油经缩回进油控制阀22和油缸位移检测装置35，进油到颚板油缸61的有杆腔，颚板油缸61的无杆腔回油到缩回回油控制阀12，缩回回油控制阀12的控制油经背压阀32和压力调节阀31回到油箱72，颚板油缸61缩回。
44.本发明中油缸破碎机装置的液压控制方法的实施例1：该方法使用上述油缸破碎机装置的液压控制系统，颚板油缸61开始伸出时，控制压力调节阀31的开度由小到大变化，使回油主阀13逐渐开启；并且，颚板油缸61伸出接近终点时，控制压力调节阀31的开度由大到小变化，使回油主阀13逐渐关闭，从而避免颚板油缸61快速动作时产生的压力冲击，以及回油侧产生的“水锤”效应，从而降低对油缸及管路的影响。当然，在其他实施例中，也可以仅在颚板油缸61开始伸出时控制压力调节阀31的开度，或者仅在颚板油缸61伸出接近终点时控制压力调节阀31的开度。
45.另外，油压控制系统具有预泄压作用：颚板油缸61伸出信号停止时，缩回回油控制阀12的回油主阀先导阀14得电一下，缩回回油控制阀12开启一次，将有杆腔内的压力油卸荷，由此就可以避免在缩回动作刚开始时，由于有杆腔内充满高压油，缩回回油控制阀12开启形成的压力冲击。并且：颚板油缸61停止缩回后，使伸出回油控制阀11开启一次，将颚板油缸61有杆腔卸荷。当然，在其他实施例中，对颚板油缸61卸荷时，相应的缩回回油控制阀12、伸出回油控制阀11也可以开启两次以上。
46.本发明中油缸破碎机装置的液压控制系统的实施例2：本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，伸出回油控制阀11和缩回回油控制阀12的回油主阀先导阀14的控制油排放口连接在同一只压力调节阀31上，而本实施例中，伸出回油控制阀11和缩回回油控制阀12的回油主阀先导阀14的控制油排放口分别连接有一只压力调节阀31。
47.本发明中油缸破碎机装置的液压控制系统的实施例3：本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，所述压力调节阀31为电磁比例溢流阀，而本实施例中，所述压力调节阀31也可以替换为其他形式，例如电液比例溢流阀。
48.在上述实施例中，所述伸出进油控制阀21和缩回进油控制阀22为逻辑阀模块，在其他实施例中，所述伸出进油控制阀21和缩回进油控制阀22也可以是其他形式，能够实现油路的通断即可。另外，在上述实施例中，所述逻辑阀模块的回油主阀先导阀14的控制油排放口与压力调节阀31之间连接有背压阀32，在其他实施例中，也可以省略背压阀32。
49.以上所述，仅为本技术的较佳实施例，并不用以限制本技术，本技术的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本技术的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本技术的保护范围内。