專利名稱：一種比例閥控蓄能器的盾構刀盤回轉驅動壓力適應液壓控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及流體壓力執(zhí)行機構，尤其是涉及一種比例閥控蓄能器的盾構刀盤回轉
驅動壓力適應液壓控制系統(tǒng)。
背景技術：
盾構是集機、電、液壓、傳感、信息技術于一體的現(xiàn)代化隧道施工成套設備，具有高
效、快速、優(yōu)質、安全等特點。尤其在長隧道與城市地下隧道的建設中，對施工條件、施工周
期、與施工安全等因素的綜合影響適應性好，能夠在更加復雜的環(huán)境下進行隧道掘進，對周
圍環(huán)境尤其是城市環(huán)境的影響更小，能夠更加安全、快速高效地完成掘進任務。 盾構刀盤回轉驅動系統(tǒng)是盾構的核心組成部分，用于掘進過程中為刀盤提供合適
的轉速和扭矩，保證刀盤能夠在推進過程中持續(xù)旋轉切削巖石，具有功率大、速比大、功率
變化范圍寬的特點。傳統(tǒng)的盾構回轉刀盤驅動液壓系統(tǒng)通常采用閉式系統(tǒng)，具有緊湊、質量
小、換向平穩(wěn)、傳動效率高等優(yōu)點。但閉式系統(tǒng)也具有不易散熱，系統(tǒng)污染不易排出，維護較
為困難等缺點。尤其是面對復雜的地層環(huán)境，刀盤通常在啟動、運行、制動乃至于刀盤卡死
等過程中受到較大的沖擊，系統(tǒng)無法較好地適應這種劇烈地沖擊，以往較為普遍的解決辦
法是采用溢流閥溢流來進行安全保護，這樣既無法完全避免沖擊，還會導致壓力油液過多
的溢流而使系統(tǒng)效率降低、溫度升高，造成液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境變得更為惡劣，維護成本及
難度提高，并且在極端的情況下還會因為長時間的頻繁沖擊或溢流閥的響應不及時而導致
刀具或者損壞。 比例閥控蓄能器液壓回路可以通過壓力傳感器對不同地質的復雜負載進行判別， 由預先設定的模糊自適應PID控制策略對比例方向閥進行調節(jié)，合理地控制蓄能器的開口 方向、大小與持續(xù)時間，來有效地吸收不同的負載沖擊，從而擺脫了以往閉式系統(tǒng)在地層復 雜的掘進環(huán)境中應對復雜負載突變產生的沖擊損害和頻繁溢流的功率損失，并能將沖擊能 進行儲存和再利用，提高了盾構刀盤驅動系統(tǒng)對地層的適應性與能量的利用率。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種比例閥控蓄能器的盾構刀盤回轉驅動壓力適應液壓 控制系統(tǒng)，采用比例閥控蓄能器技術實現(xiàn)負載自適應的盾構刀盤回轉驅動液壓控制系統(tǒng)， 系統(tǒng)能夠實時檢測負載的沖擊變化，并以此來控制蓄能器吸收負載突變產生的沖擊。
本發(fā)明所采用的技術方案是 其主回路中的電機經聯(lián)軸器與恒功率變量泵相連；恒功率變量泵的吸油口接吸油 濾油器的入油口 ，出油口并聯(lián)壓力表后與高壓濾油器入口相連；高壓濾油器的出油口與插 裝閥的入油口并聯(lián)后接單向閥的入油口 ；比例溢流閥和控制蓋板內置的安全閥的入油口通 過控制蓋板與插裝閥的控制油口相連；插裝閥、安全閥和比例溢流閥的出油口與回油濾油 器的入油口相連，回油濾油器的出油口接油箱；電液換向閥的P 口與單向閥的出油口相連，T 口與油箱相連，A 口與比例換向閥的P 口、第一壓力傳感器、第一溢流閥的入油口并聯(lián)后與 馬達一側油口相連，B 口與比例換向閥的T 口、第二壓力傳感器、第二溢流閥的入油口并聯(lián) 后與馬達另一側油口相連，控制油口與單向閥的入油口并聯(lián)；比例換向閥的A 口接蓄能器， B 口堵死；第一溢流閥與第二溢流閥內置于馬達，出油口與油箱相連；馬達的傳動軸與減速 機相連。 本發(fā)明具有的有益效果是 1)采用基于模糊自適應PID控制策略下的電液比例控制蓄能器的開口方向、大小 與持續(xù)時間，根據(jù)高低壓側設置的壓力傳感器實時檢測盾構掘進過程中負載的變化來調整 蓄能器的接入狀態(tài)，能有效地吸收負載突變帶來的壓力沖擊，避免系統(tǒng)頻繁溢流產生的能 量損失，還可以將沖擊能量儲存再利用，提高了系統(tǒng)的效率和可靠性，從而實現(xiàn)復雜地質環(huán) 境下的壓力自適應。 2)采用恒功率變量泵控制定量馬達，以容積調速取代節(jié)流調速，通過壓力傳感器
的電信號來控制泵的流量輸出大小，從而滿足不同地質條件下的不同功率需求，實現(xiàn)對刀
盤回轉驅動的功率自適應。以有效地提高系統(tǒng)的效率，避免大量的溢流損失。 3)采用比例溢流閥控制插裝閥的啟閉，通過設定比例溢流閥的電磁鐵的電信號大
小，來控制刀盤在不同工況下的扭矩，并可以在軟巖和硬巖之間各種工況下平滑過渡。 4)采用開式系統(tǒng)，較之閉式系統(tǒng)能夠更好地散熱、保持系統(tǒng)清潔，維護也更為簡單。 5)在泵出口設置單向閥，為電液換向閥提供換向控制壓力，同時可以在系統(tǒng)出現(xiàn) 較大沖擊時迅速關閉，防止泵受到沖擊。
圖1是本發(fā)明的比例閥控蓄能器的盾構刀盤回轉驅動壓力適應液壓控制系統(tǒng)結 構原理圖。 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明其主回路中的電機4經聯(lián)軸器5與恒功率變量泵6相連；恒功 率變量泵6的吸油口接吸油濾油器2的出油口，出油口并聯(lián)壓力表7后與高壓濾油器8的 入口相連；高壓濾油器8出油口與插裝閥9的入油口并聯(lián)后接單向閥13的入油口 ；比例溢 流閥12和控制蓋板10內置的安全閥11的入油口通過控制蓋板10與插裝閥9的控制油口 相連；插裝閥9、安全閥11和比例溢流閥12的出油口與回油濾油器1的入油口相連；電液 換向閥14的P1 口與單向閥13的出油口相連，Tl 口與油箱3相連，Al 口與比例換向閥15 的P2 口、第一壓力傳感器17、第一溢流閥20的入油口并聯(lián)后與馬達19一側油口相連，Bl 口與比例換向閥15的T2 口、第二壓力傳感器18、第二溢流閥21的入油口并聯(lián)后與馬達19 另一側油口相連，控制油口與單向閥13的入油口并聯(lián)；比例換向閥15的A2 口接蓄能器16， B2 口堵死；第一溢流閥20與第二溢流閥21內置于馬達19，出油口與油箱3相連；馬達19 的傳動軸與減速機22相連。
本發(fā)明的工作原理如下
當電機4得電啟動，經聯(lián)軸器5驅動恒功率變量泵6轉動，恒功率變量泵6的吸油 口通過吸油濾油器2從油箱3吸油。壓力表7用于檢測恒功率變量泵6出油口的壓力。恒 功率變量泵6排出的油液經過高壓濾油器8過濾后分三路第一路接插裝閥9，由控制蓋板 10內置的安全閥11和比例溢流閥12共同控制插裝閥9的開啟，安全閥ll起保護系統(tǒng)安全 作用，比例溢流閥12可以根據(jù)具體工況設定不同的開啟壓力，起限壓作用。當壓力濾油器 8出口壓力達到安全閥11或者比例溢流閥12的開啟壓力，插裝閥9打開，油液通過插裝閥 9直接溢流回油箱3。第二路在單向閥13入油口前接入電液換向閥14的控制油口，用于控 制換向閥14換向。第三路通過單向閥13進入電液換向閥14的Pl 口 ，單向閥13為電液換 向閥14提供換向控制壓力，同時可以在系統(tǒng)出現(xiàn)較大沖擊時迅速關閉，防止恒功率變量泵 6受到沖擊。 當電液換向閥14左右電磁鐵都不得電時，電液換向閥14工作在中位M型機能， A1、B1 口關閉，Pl 口與T1 口接通，油液直接通過P1 口由T1 口流回油箱3。當電液換向閥 14左電磁鐵得電時，電液換向閥14的P1 口與A1 口接通，B1 口與T1 口接通，高壓油通過P1 口從A1 口流出后分為三路第一路接比例換向閥15的P2 口。比例換向閥15的A2 口接蓄 能器16，B2 口堵死，P2 口和T2 口分別接馬達19的兩側油路。比例換向閥15主要通過左右 電磁鐵的得電分別來控制蓄能器16接入馬達19的左右側油路，當左右側電磁鐵都不得電 時，蓄能器16不接入系統(tǒng)。通過控制比例換向閥15的兩側電磁鐵的輸入電流或者電壓大 小，可以控制比例換向閥15的開口度，從而控制蓄能器16接入系統(tǒng)的流量。當比例換向閥 15的左電磁鐵得電，比例換向閥15的P2 口與A2 口接通，蓄能器16接入馬達19的左側油 路。當比例換向閥15的右電磁鐵得電，比例換向閥15的A2 口與T2 口接通，蓄能器16接 入馬達19的右側油路。第二路接第一壓力傳感器17，第一壓力傳感器17用于檢測馬達19 左側油路的壓力。第三路從左側油口進入馬達19，馬達19內置的第一溢流閥20在左側入 口處接入，防止馬達19左側油路高壓對馬達19造成損害。馬達19內置的第二溢流閥21并 聯(lián)于馬達19右側油口處，防止馬達19右側油路高壓對馬達19造成損害。此時馬達19正向 轉動，帶動減速機22正轉，減速機22以特定的減速比降低馬達19的轉速以滿足刀盤的轉 速需求。馬達19排出的油液由右側油口流出后分為三路第一路接第二壓力傳感器18，第 二壓力傳感器18用于檢測馬達19右側油路的壓力。第一壓力傳感器17和第二壓力傳感 器18可以通過對馬達左右兩側油路進行實時檢測，將壓力信號轉換為電信號并進行比較， 來判斷馬達19的高壓油路，從而得出負載的變化情況，并控制恒功率變量泵6和比例換向 閥15。第二路接比例換向閥15的T2 口。第三路接電液換向閥14的B1 口，通過T1 口油液 流回油箱3。當電液換向閥14右電磁鐵得電時，電液換向閥14的P1 口與B1 口接通，A1 口 Tl與口接通，高壓油通過P1 口從B1 口流出后分為三路第一路接比例換向閥15的T2 口。 第二路接第二壓力傳感器18。第三路從右側油口進入馬達19，馬達19內置的第二溢流閥 21在右側入口處接入。馬達19內置的第一溢流閥20并聯(lián)于馬達19左側油口處。此時馬 達19反向轉動，帶動減速機22反轉。馬達19排出的油液由左側油口流出后分為三路第 一路接第一壓力傳感器17。第二路接比例換向閥15的P2 口。第三路接電液換向閥14的 Al 口，通過T1 口油液流回油箱3。
權利要求
一種比例閥控蓄能器驅動盾構刀盤壓力適應液壓控制系統(tǒng)，其特征在于其主回路中的電機(4)經聯(lián)軸器(5)與恒功率變量泵(6)相連；恒功率變量泵(6)的吸油口接吸油濾油器(2)的出油口，出油口并聯(lián)壓力表(7)后與高壓濾油器(8)的入口相連；高壓濾油器(8)出油口與插裝閥(9)的入油口并聯(lián)后接單向閥(13)的入油口；比例溢流閥(12)和控制蓋板(10)內置的安全閥(11)的入油口通過控制蓋板(10)與插裝閥(9)的控制油口相連；插裝閥(9)、安全閥(11)和比例溢流閥(12)的出油口與回油濾油器(1)的入油口相連，回油濾油器(1)的出油口接油箱(3)；電液換向閥(14)的P1口與單向閥(13)的出油口相連，T1口與油箱(3)相連，A1口與比例換向閥(15)的P2口、第一壓力傳感器(17)、第一溢流閥(20)的入油口并聯(lián)后與馬達(19)一側油口相連，B1口與比例換向閥(15)的T2口、第二壓力傳感器(18)、第二溢流閥(21)的入油口并聯(lián)后與馬達(19)另一側油口相連，控制油口與單向閥(13)的入油口并聯(lián)；比例換向閥(15)的A2口接蓄能器(16)，B2口堵死；第一溢流閥(20)與第二溢流閥(21)內置于馬達(19)，出油口與油箱(3)相連；馬達(19)的傳動軸與減速機(22)相連。
全文摘要
一種比例閥控蓄能器的盾構刀盤回轉驅動壓力適應液壓控制系統(tǒng)，本發(fā)明包括電機、恒功率變量泵、插裝閥、控制蓋板、比例溢流閥、單向閥、電液換向閥、比例換向閥、蓄能器、定量馬達、減速機組成的主液壓回路和壓力適應回路。該系統(tǒng)通過壓力傳感器對系統(tǒng)壓力進行檢測來判斷刀盤切削巖體時的負載特性，根據(jù)預先設定的模糊自適應PID控制策略、按照壓力信號的變化調節(jié)比例換向閥，合理地控制蓄能器的開口方向、大小與持續(xù)時間，來吸收不同工況下的負載沖擊，并將沖擊能儲存再利用于刀盤驅動，有效地控制因為接入蓄能器而導致系統(tǒng)容腔加大、剛性變低的影響。通過采用比例閥控蓄能器，系統(tǒng)能夠更好地適應復雜地層帶來的負載沖擊，有較好的節(jié)能性和可靠性。
文檔編號E21D9/06GK101718200SQ200910044768
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權日2009年11月18日
發(fā)明者周喜溫, 夏毅敏, 張魁, 滕韜, 羅德志 申請人:中南大學