專利名稱：一種采用液壓變壓器的節(jié)能型盾構(gòu)液壓控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體壓力執(zhí)行機構(gòu)，尤其涉及一種采用液壓變壓器的盾構(gòu)節(jié)能 液壓系統(tǒng)。
技術(shù)背景盾構(gòu)掘進機是一種專用于地下隧道工程施工的現(xiàn)代化高科技掘進裝備。與傳 統(tǒng)的施工方法相比，盾構(gòu)法具有施工安全、快速、工程質(zhì)量高、地面擾動小、 勞動強度低等許多優(yōu)點。由于采用了先進的開挖面穩(wěn)定技術(shù)，盾構(gòu)掘進尤其在 各種地質(zhì)條件復(fù)雜多變和施工環(huán)境惡劣的隧道工程建設(shè)中顯出了獨特的優(yōu)勢。 此外，盾構(gòu)在滿足復(fù)雜路線掘進方面也發(fā)揮著其它掘進形式不可替代的作用。 隨著科技發(fā)展和社會進步，盾構(gòu)掘進將逐步取代傳統(tǒng)方法。刀盤驅(qū)動系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、螺旋輸送系統(tǒng)是盾構(gòu)掘進機的重要組成部分。 刀盤轉(zhuǎn)動負責切削前方的土體，推進系統(tǒng)為盾構(gòu)機的前進提供推動力，螺旋輸 送機則將刀盤切削下來的渣土輸送出隧道。三套系統(tǒng)同步運作、緊密配合，共 同完成盾構(gòu)掘進任務(wù)。由于盾構(gòu)工作條件惡劣且負載很大，刀盤、推進、螺旋 系統(tǒng)均采用液壓驅(qū)動。盾構(gòu)掘進是一種典型的大功率、大負載工況，因此系統(tǒng)的裝機功率巨大。 在能耗如此大的系統(tǒng)中，工作效率對系統(tǒng)性能而言是一個極其重要的影響因素。 傳統(tǒng)盾構(gòu)掘進機中大多采用閥控方式，尤其是在推進液壓系統(tǒng)中分組閥控將會 造成很大的能量損失，最終造成系統(tǒng)整體效率降低。系統(tǒng)效率低不僅浪費了能 量、影響了設(shè)備壽命，而且惡化了施工環(huán)境，帶來諸多不利因素。因此如何在 確保盾構(gòu)掘進系統(tǒng)正確高效完成掘進任務(wù)的情況下實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的節(jié)能控制是 盾構(gòu)掘進中的一個關(guān)鍵技術(shù)問題。 發(fā)明內(nèi)容為了克服盾構(gòu)施工過程中存在的問題兼顧系統(tǒng)節(jié)能的要求，本發(fā)明的目的 在于提供了一種采用液壓變壓器的節(jié)能型盾構(gòu)液壓控制系統(tǒng)，同時將推進系統(tǒng)、 刀盤驅(qū)動和螺旋輸送系統(tǒng)集成在一個由恒壓變量泵和蓄能器組成的恒壓網(wǎng)絡(luò) 中，實現(xiàn)了掘進動力的統(tǒng)一分配、統(tǒng)一管理。推進系統(tǒng)通過液壓變壓器實現(xiàn)壓 力、流量控制，刀盤、螺旋機轉(zhuǎn)速的控制通過調(diào)節(jié)各自驅(qū)動液壓變壓器的排量 來實現(xiàn)，螺旋輸送機料門開口度控制由單作用液壓缸完成。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是-電機經(jīng)聯(lián)軸器與恒壓變量泵剛性連接；恒壓變量泵的吸油口與油箱連通， 變量泵的出油口分別與安全閥和蓄能器連接，第一液壓變壓器中的變量泵/馬達 兩端分別與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路、油箱連接，第一液壓變壓器中的定量泵/馬達兩端 分別與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路、液壓缸和另一液壓缸的無桿腔連接，液壓缸和另一液 壓缸的無桿腔進口與比例溢流閥進油口連接，二位三通換向閥A 口分別液壓缸 和另一液壓缸的有桿腔連接，二位三通換向閥B 口與油箱連接，二位三通換向 閥P 口與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路連接，第二液壓變壓器、第三液壓變壓器中的變量泵/ 馬達兩端分別與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路、油箱連接，第二液壓變壓器、第三液壓變壓 器中的定量泵/馬達兩端分別與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路、第一個三位四通換向閥Pi 口和 第二個三位四通換向閥P2口連接，第一個三位四通換向閥Ti 口和第二個三位四 通換向閥T2 口與油箱連接，第一個三位四通換向閥A！ 口和第二個三位四通換向 閥A2 口與第一液壓馬達和第二液壓馬達一端油口相連，第一個三位四通換向閥 Bi口和第二個三位四通換向閥B2口與第一液壓馬達和第二液壓馬達的另一端油 口相連，單作用液壓缸通過液控單向閥、二位三通換向閥與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路連 接；液控單向閥控制油口通過減壓閥、二位二通換向閥與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路連接。本發(fā)明具有的有益效果是液壓系統(tǒng)采用集中油源供油，結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，這對于地下施工的 盾構(gòu)掘進而言具有一定的實用價值。推進系統(tǒng)實行分組控制，每組的推進速度 和推進力通過液壓變壓器實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。由于系統(tǒng)中沒有節(jié)流元件，能量傳遞 效率高，避免了節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中的能量損失，具有明顯的節(jié)能效果。


附圖是本發(fā)明的一個具體實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖中l(wèi).油箱，2.恒壓變量泵，3.聯(lián)軸器，4.電機，7.安全閥，IO.蓄能器， 14.1、 14.2、 14.3、 14.4、 26、 32為液壓變壓器，18.1、 18.2、 18.3、 18.4為比例 溢流閥，21.1、 23.1、 21.2、 23.2、 21.3、 23.3、 21.4、 23.4為液壓缸，22.1、 22.2、 22.3、 22.4為二位三通換向闊，27、 33為三位四通換向閥，30、 36為液壓馬達， 38.液控單向閥，39.單作用液壓缸，41.二位二通換向閥，43.減壓閥，46. 二位三 通換向閥，5、 6、 8、 9、 11、 12.1、 12.2、 12.3、 12.4、 13.1、 13.2、 13.3、 13.4、15.1、 15.2、 15.3、 15.4、 16.1、 16.2、 163、 16.4、 17.1、 17.2、 17.3、 17.4、 19.1、19.2、 19.3、 19.4、 20、 24.1、 24.2、 24,3、 24.4、 25、 28、 29、 31、 34、 35、 37、 40、 42、 44、 45為管路。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。如附圖所示，本發(fā)明中的電機4經(jīng)聯(lián)軸器3與恒壓變量泵2剛性連接；恒 壓變量泵2的吸油口與油箱1連通，變量泵2的出油口分別與安全閥7和蓄能 器IO連接。第一液壓變壓器(由四組結(jié)構(gòu)相同的子液壓變壓器14.1、 14.2、 14.3、 14.4組成)中每個子變壓器的變量泵/馬達兩端分別與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路11、油箱 1連接，第一液壓變壓器中每個子變壓器的定量泵/馬達兩端分別與恒壓網(wǎng)絡(luò)主 油路ll、液壓缸(由四組結(jié)構(gòu)相同的子液壓缸21.1、 21.2、 21.3、 21.4組成)和 另一液壓缸(由四組結(jié)構(gòu)相同的子液壓缸23.1、 23.2、 23.3、 23.4組成)的無桿 腔連接，液壓缸(由四組結(jié)構(gòu)相同的子液壓缸21.1、 21.2、 21.3、 21.4組成)和 另一液壓缸(由四組結(jié)構(gòu)相同的子液壓缸23.1、 23.2、 23.3、 23.4組成)的無桿 腔進口與比例溢流閥(由四組相同的子比例溢流閥18.1、 18.2、 18.3、 18.4組成) 進油口連接，二位三通換向閥(由四組相同的子二位三通換向閥22.1 、 22.2、 22.3、 22.4組成)A 口分別液壓缸(由四組結(jié)構(gòu)相同的子液壓缸21.1、 21.2、 21.3、 21.4 組成)和另一液壓缸(由四組結(jié)構(gòu)相同的子液壓缸23.1、 23.2、 23.3、 23.4組成) 的有桿腔連接，二位三通換向閥(由四組相同的子二位三通換向閥22.1、 22.2、 22.3、 22.4組成)B 口與油箱1連接，二位三通換向閥(由四組相同的子二位三 通換向閥22.1、 22.2、 22.3、 22.4組成)P 口與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路11連接，第二液 壓變壓器26、第三液壓變壓器32中的變量泵/馬達兩端分別與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路 11、油箱1連接，第二液壓變壓器26、第三液壓變壓器32中的定量泵/馬達兩 端分別與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路11、第一個三位四通換向閥27Pt 口和第二個三位四通 換向閥33P2 口連接，第一個三位四通換向閥27T! 口和第二個三位四通換向閥 33T2 口與油箱1連接，第一個三位四通換向閥27^ 口和第二個三位四通換向閥 33A2 口與第一液壓馬達30和第二液壓馬達36 —端油口相連，第一個三位四通 換向閥27Bi 口和第二個三位四通換向閥33B2 口與第一液壓馬達30和第二液壓 馬達36的另一端油口相連，單作用液壓缸39通過液控單向閥38、 二位三通換 向閥46與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路11連接；液控單向閥38控制油口通過減壓閥43、 二 位二通換向閥41與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路11連接。附圖中電機4與恒壓變量泵2通過聯(lián)軸器3剛性連接，恒壓變量泵2的吸 油口與油箱l連通，恒壓變量泵2的出油口通過管路5、 6與安全閥7的進油口 連接，恒變量泵2的出油口通過管路5、 9與蓄能器10的進油口連接，安全閥7 的出油口通過管路8與油箱1接通，液壓變壓器14.1、 14.2、 14.3、 14.4中變量泵馮達進油口通過管路15.1、 15.2、 15.3、 15.4與油箱1連接，出油口通過管路12.1、 12.2、 12.3、 12.4與管路11連接，液壓變壓器14.1、 14.2、 14.3、 14.4中 定量泵/馬達一端通過管路16.1、 16.2、 16.3、 16.4與液壓缸21.1、 23.1、 21.2、23.2、 21.3、 23.3、 21.4、 23.4無桿腔連接，另一端通過管路13.1、 13.2、 13.3、 13.4與管路11連接，比例溢流閥18.1、 18.2、 18.3、 18.4進油口通過管路17.1、17.2、 17.3、 17.4與液壓缸21.1、 23.1、 21.2、 23.2、 21.3、 23.3、 21.4、 23.4無 桿腔連接，出油口通過管路19.1、 19.2、 19.3、 19.4與回油管路20連接，液壓 缸21.1、 23.1、 21.2、 23.2、 21.3、 23.3、 21.4、 23.4回油口通過管路24.1、 24.2、24.3、 24.4與二位三通換向閥22.1、 22.2、 22.3、 22.4油口 A,、 A2、 A3、八4連接， 二位三通換向闊22.1、 22.2、 22.3、 22.4油口P^ P2、 P3、 Pa與管路11相連，二 位三通換向閥22.1、 22.2、 22.3、 22.4油口B^ B2、 B3、 B4與回油管路20相連， 液壓變壓器26、 32中變量泵/馬達一端油口通過管路25、 31與回油管20連接， 另一端油口與管路ll相連，液壓變壓器26、 32中定量泵/馬達一端油口與管路 ll連接，另一端口與三位四通換向閥27、 33油口P。 P2連接，三位四通換向閥 27、 33油口 T\、 T2通過管路25、 31與回油管20連接，油口 八2通過管路29、 35與液壓馬達30、 36—端相連，油口B。 B2通過管路28、 34與液壓馬達30、 36另一端相連，液控單向閥38—端通過管路37、 二位三通換向閥46與管 路11連接，另一端通過管路45與單作用液壓缸39無桿腔連接，二位三通換向 閥41 一端通過管路40與管路11連接，另一端通過管路42與減壓閥43進油口 連接，減壓閥43出油口通過管路44與液控單向閥38控制油口連接。本發(fā)明的工作原理如下-電機4得電啟動，驅(qū)動變量泵2轉(zhuǎn)動，變量泵2吸油口從油箱1中吸油， 變量泵2打出的壓力油通過管路5送到恒壓管路11，同時有一部分油液進入安 全閥7和蓄能器10的進油口。推進系統(tǒng)共分為四組，每組均由液壓變壓器、比 例溢流閥、推進液壓缸、二位三通換向閥組成。每組液壓缸有若干對，各對液 壓缸可以實現(xiàn)單獨進退，輸出力和速度由所在組液壓變壓器控制。由于四組控 制方式相同，在此以第一組為例說明其工作原理。盾構(gòu)向前推進時，調(diào)節(jié)液壓變壓器14.1中變量泵/馬達排量，使得變量泵/ 馬達處于"泵"狀態(tài)，從油箱吸油，定量泵/馬達處于"馬達"狀態(tài)，通過管路13.1 從恒壓網(wǎng)絡(luò)取得壓力油，再經(jīng)過管路16.1送給推進液壓缸無桿腔，通過實時調(diào) 節(jié)液壓變壓器中變量泵/馬達斜盤傾角即可實現(xiàn)推進液壓缸速度和壓力控制，液 壓缸回油口通過管路24.1與二位三通換向閥22.1的At 口相連，此時二位三通換向閥22.1的電磁鐵失電，在彈簧作用下，二位二通換向閥22.1的^口與Bi 口連接，二位三通換向閥22.1的B,口經(jīng)管路20與油箱1連接。當推進液壓缸 實現(xiàn)回退動作時，二位三通換向閥22.1的電磁鐵得電，二位三通換向閥進油口 Pi和出油口 Ai連通，來自恒壓管路11的壓力油經(jīng)管路24.1進入液壓缸有桿腔， 比例溢流閥18.1比例電磁鐵得到相應(yīng)的電信號,使液壓缸無桿腔油液經(jīng)管路17.1 從溢流閥溢流回油箱l，此時溢流閥18.1作背壓閥用，實現(xiàn)液壓缸平穩(wěn)回退。調(diào)節(jié)液壓變壓器26中變量泵/馬達排量，使得變量泵/馬達處于"泵"狀態(tài)， 通過管路25從油箱吸油，定量泵/馬達處于"馬達"狀態(tài)，從恒壓網(wǎng)絡(luò)取得壓力油， 送到三位四通換向閥27的油口 Pp當三位四通換向閥27左端電磁鐵通電時， 來自液壓變壓器26的壓力油經(jīng)三位四通換向閥27、管路29進入液壓馬達30高 壓油口，驅(qū)動馬達及盾構(gòu)刀盤轉(zhuǎn)動，液壓馬達30出油口低壓油經(jīng)管路28、閥 27、管路25回到油箱1，當三位四通換向閥27右端電磁鐵通電時，來自液壓變 壓器26的壓力油經(jīng)三位四通換向閥27、管路28進入液壓馬達30高壓油口，驅(qū) 動馬達及盾構(gòu)刀盤反向轉(zhuǎn)動，液壓馬達30出油口低壓油經(jīng)管路29、閥27、管 路25回到油箱1。當三位四通換向閥27兩端電磁鐵均斷電時，盾構(gòu)刀盤停止轉(zhuǎn) 動。盾構(gòu)刀盤轉(zhuǎn)速可以通過調(diào)節(jié)液壓變壓器26中變量泵/馬達排量來控制。調(diào)節(jié)液壓變壓器32中變量泵馮達排量，使得變量泵/馬達處于"泵"狀態(tài)， 通過管路31從油箱吸油，定量泵/馬達處于"馬達"狀態(tài)，從恒壓網(wǎng)絡(luò)取得壓力油， 送到三位四通換向閥33的油口 P2，當三位四通換向閥33左端電磁鐵通電時， 來自液壓變壓器32的壓力油經(jīng)三位四通換向閥33、管路35進入液壓馬達36高 壓油口，驅(qū)動馬達及螺旋機轉(zhuǎn)動，液壓馬達36出油口低壓油經(jīng)管路34、閥33、 管路31回到油箱1，當三位四通換向閥33右端電磁鐵通電時，來自液壓變壓器 32的壓力油經(jīng)三位四通換向閥33、管路34進入液壓馬達36高壓油口，驅(qū)動馬 達及螺旋機反向轉(zhuǎn)動，液壓馬達36出油口低壓油經(jīng)管路35、閥33、管路31回 到油箱l。當三位四通換向閥33兩端電磁鐵均斷電時，螺旋機停止轉(zhuǎn)動。螺旋 機的轉(zhuǎn)速可以通過調(diào)節(jié)液壓變壓器32中變量泵/馬達排量來控制。螺旋輸送機料門開口度通過液壓缸39控制，當二位二通換向閥41電磁鐵 通電、二位三通換向閥46電磁鐵斷電時，來自管路ll的壓力油經(jīng)管路40、 二 位二通換向閥41、管路42進入減壓闊43進油口，經(jīng)減壓閥減壓后通過管路44 與液控單向閥38控制油口連接，液控單向閥打開，管路ll中的高壓油經(jīng)二位 三通換向閥46、管路37、液控單向閥38、管路45，進入液壓缸39無桿腔，壓 縮彈簧，活塞桿伸出使料門開口減小，當位移檢測元件檢測到料門開口大小正好為期望值時發(fā)出電信號使二位二通換向閥41電磁鐵斷電，液控單向閥38控 制油被切斷，單向閥關(guān)閉，在來自管路11的高壓油作用下，液控單向閥38被 反向鎖閉，液壓缸38無桿腔壓力油保壓與彈簧力平衡使料門保持在一定的位置。 當二位三通換向閥46電磁鐵通電時，液控單向閥38—端通過回油管20與油箱 l連接，另一端與液壓缸39無桿腔連接，在彈簧作用下，液壓缸39無桿腔中的 油液被排出，經(jīng)過二位三通換向閥46，流回到油箱l，料門復(fù)位。
權(quán)利要求
1、一種采用液壓變壓器的節(jié)能型盾構(gòu)液壓控制系統(tǒng)，其特征在于電機經(jīng)聯(lián)軸器與恒壓變量泵剛性連接；恒壓變量泵的吸油口與油箱連通，變量泵的出油口分別與安全閥和蓄能器連接，第一液壓變壓器中的變量泵/馬達兩端分別與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路、油箱連接，第一液壓變壓器中的定量泵/馬達兩端分別與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路、液壓缸和另一液壓缸的無桿腔連接，液壓缸和另一液壓缸的無桿腔進口與比例溢流閥進油口連接，二位三通換向閥A口分別與液壓缸和另一液壓缸的有桿腔連接，二位三通換向閥B口與油箱連接，二位三通換向閥P口與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路連接，第二液壓變壓器、第三液壓變壓器中的變量泵/馬達兩端分別與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路、油箱連接，第二液壓變壓器、第三液壓變壓器中的定量泵/馬達兩端分別與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路、第一個三位四通換向閥P1口和第二個三位四通換向閥P2口連接，第一個三位四通換向閥T1口和第二個三位四通換向閥T2口與油箱連接，第一個三位四通換向閥A1口和第二個三位四通換向閥A2口與第一液壓馬達和第二液壓馬達一端油口相連，第一個三位四通換向閥B1口和第二個三位四通換向閥B2口與第一液壓馬達和第二液壓馬達的另一端油口相連，單作用液壓缸通過液控單向閥、二位三通換向閥與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路連接；液控單向閥控制油口通過減壓閥、二位二通換向閥與恒壓網(wǎng)絡(luò)主油路連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用液壓變壓器的節(jié)能型盾構(gòu)液壓控制系統(tǒng)。包括液壓變壓器、電機、恒壓變量泵、二位三通換向閥、比例溢流閥、安全閥、蓄能器、液壓缸、三位四通換向閥、液壓馬達、減壓閥、二位二通換向閥。該系統(tǒng)將盾構(gòu)推進、刀盤驅(qū)動、螺旋輸送系統(tǒng)集成在一個回路中，通過恒壓變量泵與蓄能器組成的恒壓網(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)提供動力能源。推進系統(tǒng)實行分組控制，分為若干組，通過實時調(diào)節(jié)液壓變壓器中變量泵/馬達的排量控制推進液壓缸的速度、推進力，以及液壓馬達轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明中的盾構(gòu)液壓系統(tǒng)由于采用了液壓變壓器等節(jié)能元件和控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)能量的無損傳遞，避免了節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中的能量損失，具有明顯的節(jié)能效果。
文檔編號F15B13/02GK101225839SQ20081005907
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日
發(fā)明者虎 施, 楊華勇, 龔國芳 申請人:浙江大學(xué)