隧道掘进机扭矩负载模拟液压系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种隧道掘进机扭矩负载模拟液压系统。包括旋转件、增速器、负载模拟泵、闭式回路安全阀组、出油单向阀组、细长孔电磁比例节流阀、薄刃口电磁比例节流阀、电磁比例溢流阀、油液风冷阀组、补油单向阀组和补油回路。通过将不同开口形式的电磁比例节流阀和电磁比例溢流阀串联起来并统一的进行参数调定，将扭矩负载的设定与岩土静压设定和刀盘转速统一考虑，实现了掘进机扭矩负载的高保真模拟。该负载阀组方案同样适用于其他形式的负载的动态模拟需要。
【专利说明】隧道掘进机扭矩负载模拟液压系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及负载模拟液压系统，尤其涉及一种隧道掘进机扭矩负载模拟液压系统。
【背景技术】
[0002]隧道掘进机是一种靠电机或液压马达驱动刀盘旋转，在液压推进系统作用下刀盘向岩土层顶进，依靠刀盘上的刀具破坏岩土层，从而使隧洞全断面一次开挖成形的大型工程机械。隧道掘进机施工法集隧道施工的开挖、出碴、通风除尘、敷设隧道轨线以及风水电延伸于一体，具有快速、优质、安全、环保等施工特点。
[0003]隧道掘进机结构庞大，系统复杂，成本高昂，对不同的地质条件适应性较差，比如隧道掘进机中适用于土壤和砂石的盾构机，以及适用于硬岩掘进的硬岩掘进机(简称TBM)，而不同的土质或岩石对掘进机的扭矩负载作用差别很大，直接影响到掘进机刀盘驱动的关键结构形式选择和技术参数设计。因此开展掘进机扭矩负载研究具有重要意义。
[0004]隧道施工环境制约了施工数据采集的准确度，现有的理论计算无法兼顾复杂的施工环境，因此开展物理模拟试验是主要的可行方案。现有扭矩负载模拟方案有些采用填埋土箱或防止岩块作为负载模拟，虽然具有比较准确的优点，但埋土岩块更换不易，数据采集困难，且更换成本较高；液压系统具有功率密度大，并具有成熟的回转负载元件液压泵以及配套的传感器，因此采用液压系统作扭矩负载模拟具有其他方案难以替代的优势。
[0005]现有液压扭矩负载模拟系统，如专利CN201110395900.7中仅使用一个比例溢流阀作为负载模拟，仅能实现岩土静压负载的模拟，无法模拟掘进过程中与刀盘转速相关的动态扭矩负载。因此，目前现在还没有一种适用于隧道掘进机扭矩负载模拟的液压系统。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种隧道掘进机扭矩负载模拟液压系统，通过串联细长孔电磁比例节流阀、薄刃口电磁比例节流阀、电磁比例溢流阀构成负载模拟阀组，将其阀口连接到负载模拟泵高压出口，参照施工数据采用模拟负载替代实际掘进岩土条件，调定各节流阀、溢流阀的参数即可模拟不同的地质条件的不同扭矩负载，为隧道掘进机刀盘驱动的设计提供实验依据。
[0007]本发明解决技术问题所采用的技术方案是:
[0008]本发明包括旋转件、增速器、负载模拟泵、闭式回路安全阀组、出油单向阀组、细长孔电磁比例节流阀、薄刃口电磁比例节流阀、电磁比例溢流阀、油液风冷阀组、补油单向阀组和补油回路；旋转件与增速器低速输入端连接，增速器的高速输出端驱动负载模拟泵，双向负载模拟泵的一个油口和两个反向并联安装的溢流阀组成的闭式回路安全阀组的一个油口，两个单向阀背向安装组成的出油单向阀组的一个进油口和两个单向阀对顶安装组成的补油单向阀组的一个出油口连接；双向负载模拟泵的另一个油口和两个反向并联安装的溢流阀组成的闭式回路安全阀组的另一个油口，两个单向阀背向安装组成的出油单向阀组的另一个进油口，两个单向阀对顶安装组成的补油单向阀组的另一个出油口连接；出油单向阀组的出油口与细长孔电磁比例节流阀进油口连接，细长孔电磁比例节流阀出油口与薄刃口电磁比例节流阀进油口连接，薄刃口电磁比例节流阀出油口与电磁比例溢流阀进油口连接，电磁比例溢流阀出油口与油液风冷阀组进油口连接，油液风冷阀组出油口与补油单向阀组进油口和补油回路连接。
[0009]所述细长孔电磁比例节流阀，薄刃口电磁比例节流阀，电磁比例溢流阀均由外接控制单元给出参数调节信号，并均能调节到阀口全开，即等效于将对应阀短路。
[0010]本发明与【背景技术】相比，具有的有益效果是:
[0011]通过将不同开口形式的电磁比例节流阀和电磁比例溢流阀串联起来并统一的进行参数调定，将扭矩负载的设定与岩土静压设定和刀盘转速统一考虑，实现了掘进机扭矩负载的高保真模拟。该负载阀组方案同样适用于其他形式的负载的动态模拟需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明的扭矩负载模拟液压系统。
[0013]图中:1、增速器，2、负载模拟泵，3、闭式回路安全阀组，4、出油单向阀组，5、细长孔电磁比例节流阀，6、薄刃口电磁比例节流阀,7、电磁比例溢流阀,8、油液风冷阀组,9、补油单向阀组。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0015]如图1所示，本发明包括旋转件、增速器1、负载模拟泵2、闭式回路安全阀组3、出油单向阀组4、细长孔电磁比例节流阀5、薄刃口电磁比例节流阀6、电磁比例溢流阀7、油液风冷阀组8、补油单向阀组9和补油回路；旋转件与增速器I低速输入端Al连接，增速器I的高速输出端BI驱动负载模拟泵2，双向负载模拟泵2的一个油口 A2和两个反向并联安装的溢流阀组成的闭式回路安全阀组3的一个油口 A3，两个单向阀背向安装组成的出油单向阀组4的一个进油口 A4和两个单向阀对顶安装组成的补油单向阀组9的一个出油口 A9连接；双向负载模拟泵2的另一个油口 B2和两个反向并联安装的溢流阀组成的闭式回路安全阀组3的另一个油口 B3，两个单向阀背向安装组成的出油单向阀组4的另一个进油口 B4，两个单向阀对顶安装组成的补油单向阀组9的另一个出油口 B9连接；出油单向阀组4的出油口 T4与细长孔电磁比例节流阀5进油口 P5连接，细长孔电磁比例节流阀5出油口 T5与薄刃口电磁比例节流阀6进油口 P6连接，薄刃口电磁比例节流阀6出油口 T6与电磁比例溢流阀7进油口 P7连接，电磁比例溢流阀7出油口 T7与油液风冷阀组8进油口 P8连接，油液风冷阀组8出油口 T8与补油单向阀组9进油口 P9和补油回路连接。
[0016]所述细长孔电磁比例节流阀5,薄刃口电磁比例节流阀6,电磁比例溢流阀7均由外接控制单元给出参数调节信号，并均能调节到阀口全开，即等效于将对应阀短路。
[0017]本发明的工作原理如下:
[0018]如图1所示，旋转件和掘进机刀盘固接并等速旋转，经增速器I提速后带动负载模拟泵2旋转，在泵2的出口形成高压(此时假设泵的高压出口 A2，高压出口 B2的情况与之类似)，高压油由安全阀组3的油口 A3限压，经出油单向阀组的进油口 A4流向P4，高压泄油经由P5、T5油口之间的细长孔节流阀5产生与流量线性的节流压降，经Ρ6、Τ6油口之间的薄刃口节流阀6产生的与流量二次方成正比的节流压降，以及经Ρ7、Τ7的溢流阀7产生的溢流压降，最后油液经过油液风冷阀组8的进油口 Ρ8经冷却后由出油口 Τ8，再在泵2的吸空作用下，经补油单向阀组9的进油口 Ρ9到出油口 Β9，流回泵2的进油口 Β2 口。调定细长孔电磁比例节流阀5、薄刃口电磁比例节流阀6的流量-压力系数以及电磁比例溢流阀7溢流压力，从而使负载模拟泵2高压腔泄油压力P与泄油流量q的关系满足:
[0019]P = aq+bq2+c (I)
[0020]其中:a—细长孔节流阀流量-压力系数；
[0021]b-薄刃口节流阀流量-压力系数；
[0022]c-溢流阀设定溢流压力；
[0023]此时模拟的扭矩负载功率满足:
[0024]P = pq = aq2+bq3+cq (2)
[0025]此时掘进机的刀盘转速η与泄油流量q的关系满足:
[0026]q = Vn (3)
[0027]其中:V——负载模拟泵2的排量。
[0028]则模拟的扭矩负载功率P与切削速度η之间的关系满足:
[0029]P = pq = pVn = aV2n2+bV3n3+cVn (4)
[0030]此时通过控制单元调定负载模拟阀组中节流阀和溢流阀的参数a、b、c，即可模拟不同地质条件下，掘进机刀盘受到的岩土层静压扭矩负载和与刀盘转速相关的动态扭矩负载。闭式回路的油液循环利用，但由于泵和阀的泄漏，需要对回路进行补油，低压小流量的补油回路连通补油单向阀组9的进油口 P9，经单向阀组9向系统补油。
【权利要求】
1.一种隧道掘进机扭矩负载模拟液压系统，其特征在于:包括旋转件、增速器(I)、负载模拟泵(2)、闭式回路安全阀组(3)、出油单向阀组(4)、细长孔电磁比例节流阀(5)、薄刃口电磁比例节流阀(6)、电磁比例溢流阀(7)、油液风冷阀组(8)、补油单向阀组(9)和补油回路；旋转件与增速器⑴低速输入端(Al)连接，增速器⑴的高速输出端(BI)驱动负载模拟泵(2)，双向负载模拟泵(2)的一个油口(A2)和两个反向并联安装的溢流阀组成的闭式回路安全阀组(3)的一个油口(A3)，两个单向阀背向安装组成的出油单向阀组(4)的一个进油口(A4)和两个单向阀对顶安装组成的补油单向阀组(9)的一个出油口(A9)连接；双向负载模拟泵(2)的另一个油口(B2)和两个反向并联安装的溢流阀组成的闭式回路安全阀组(3)的另一个油口(B3)，两个单向阀背向安装组成的出油单向阀组(4)的另一个进油口(B4)，两个单向阀对顶安装组成的补油单向阀组(9)的另一个出油口(B9)连接；出油单向阀组(4)的出油口(T4)与细长孔电磁比例节流阀(5)进油口(P5)连接，细长孔电磁比例节流阀(5)出油口(T5)与薄刃口电磁比例节流阀(6)进油口(P6)连接，薄刃口电磁比例节流阀(6)出油口(T6)与电磁比例溢流阀(7)进油口(P7)连接，电磁比例溢流阀(7)出油口(T7)与油液风冷阀组⑶进油口(P8)连接，油液风冷阀组⑶出油口(T8)与补油单向阀组(9)进油口(P9)和补油回路连接。
2.根据权利要求1所述的一种隧道掘进机扭矩负载模拟液压系统，其特征在于:所述细长孔电磁比例节流阀(5),薄刃口电磁比例节流阀(6),电磁比例溢流阀(7)均由外接控制单元给出参数调节信号，并均能调节到阀口全开，即等效于将对应阀短路。
【文档编号】G01M13/00GK104196776SQ201410369700
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】龚国芳, 刘统, 张振, 饶云意, 王伟, 吴伟强, 杨华勇 申请人:浙江大学