CN101718200B - 一种比例阀控蓄能器的盾构刀盘回转驱动压力适应液压控制*** - Google Patents

Abstract

一种比例阀控蓄能器的盾构刀盘回转驱动压力适应液压控制***，本发明包括电机、恒功率变量泵、插装阀、控制盖板、比例溢流阀、单向阀、电液换向阀、比例换向阀、蓄能器、定量马达、减速机组成的主液压回路和压力适应回路。该***通过压力传感器对***压力进行检测来判断刀盘切削岩体时的负载特性，根据预先设定的模糊自适应PID控制策略、按照压力信号的变化调节比例换向阀，合理地控制蓄能器的开口方向、大小与持续时间，来吸收不同工况下的负载冲击，并将冲击能储存再利用于刀盘驱动，有效地控制因为接入蓄能器而导致***容腔加大、刚性变低的影响。通过采用比例阀控蓄能器，***能够更好地适应复杂地层带来的负载冲击，有较好的节能性和可靠性。

Description

一种比例阀控蓄能器的盾构刀盘回转驱动压力适应液压控制***

技术领域

本发明涉及流体压力执行机构，尤其是涉及一种比例阀控蓄能器的盾构刀盘回转驱动压力适应液压控制***。

背景技术

盾构是集机、电、液压、传感、信息技术于一体的现代化隧道施工成套设备，具有高效、快速、优质、安全等特点。尤其在长隧道与城市地下隧道的建设中，对施工条件、施工周期、与施工安全等因素的综合影响适应性好，能够在更加复杂的环境下进行隧道掘进，对周围环境尤其是城市环境的影响更小，能够更加安全、快速高效地完成掘进任务。

盾构刀盘回转驱动***是盾构的核心组成部分，用于掘进过程中为刀盘提供合适的转速和扭矩，保证刀盘能够在推进过程中持续旋转切削岩石，具有功率大、速比大、功率变化范围宽的特点。传统的盾构回转刀盘驱动液压***通常采用闭式***，具有紧凑、质量小、换向平稳、传动效率高等优点。但闭式***也具有不易散热，***污染不易排出，维护较为困难等缺点。尤其是面对复杂的地层环境，刀盘通常在启动、运行、制动乃至于刀盘卡死等过程中受到较大的冲击，***无法较好地适应这种剧烈地冲击，以往较为普遍的解决办法是采用溢流阀溢流来进行安全保护，这样既无法完全避免冲击，还会导致压力油液过多的溢流而使***效率降低、温度升高，造成液压***的工作环境变得更为恶劣，维护成本及难度提高，并且在极端的情况下还会因为长时间的频繁冲击或溢流阀的响应不及时而导致刀具或者损坏。

比例阀控蓄能器液压回路可以通过压力传感器对不同地质的复杂负载进行判别，由预先设定的模糊自适应PID控制策略对比例方向阀进行调节，合理地控制蓄能器的开口方向、大小与持续时间，来有效地吸收不同的负载冲击，从而摆脱了以往闭式***在地层复杂的掘进环境中应对复杂负载突变产生的冲击损害和频繁溢流的功率损失，并能将冲击能进行储存和再利用，提高了盾构刀盘驱动***对地层的适应性与能量的利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种比例阀控蓄能器的盾构刀盘回转驱动压力适应液压控制***，采用比例阀控蓄能器技术实现负载自适应的盾构刀盘回转驱动液压控制***，***能够实时检测负载的冲击变化，并以此来控制蓄能器吸收负载突变产生的冲击。

本发明所采用的技术方案是：

其主回路中的电机经联轴器与恒功率变量泵相连；恒功率变量泵的吸油口接吸油滤油器的入油口，出油口并联压力表后与高压滤油器入口相连；高压滤油器的出油口与插装阀的入油口并联后接单向阀的入油口；比例溢流阀和控制盖板内置的安全阀的入油口通过控制盖板与插装阀的控制油口相连；插装阀、安全阀和比例溢流阀的出油口与回油滤油器的入油口相连，回油滤油器的出油口接油箱；电液换向阀的P口与单向阀的出油口相连，T口与油箱相连，A口与比例换向阀的P口、第一压力传感器、第一溢流阀的入油口并联后与马达一侧油口相连，B口与比例换向阀的T口、第二压力传感器、第二溢流阀的入油口并联后与马达另一侧油口相连，控制油口与单向阀的入油口并联；比例换向阀的A口接蓄能器，B口堵死；第一溢流阀与第二溢流阀内置于马达，出油口与油箱相连；马达的传动轴与减速机相连。

本发明具有的有益效果是：

1)采用基于模糊自适应PID控制策略下的电液比例控制蓄能器的开口方向、大小与持续时间，根据高低压侧设置的压力传感器实时检测盾构掘进过程中负载的变化来调整蓄能器的接入状态，能有效地吸收负载突变带来的压力冲击，避免***频繁溢流产生的能量损失，还可以将冲击能量储存再利用，提高了***的效率和可靠性，从而实现复杂地质环境下的压力自适应。

2)采用恒功率变量泵控制定量马达，以容积调速取代节流调速，通过压力传感器的电信号来控制泵的流量输出大小，从而满足不同地质条件下的不同功率需求，实现对刀盘回转驱动的功率自适应。以有效地提高***的效率，避免大量的溢流损失。

3)采用比例溢流阀控制插装阀的启闭，通过设定比例溢流阀的电磁铁的电信号大小，来控制刀盘在不同工况下的扭矩，并可以在软岩和硬岩之间各种工况下平滑过渡。

4)采用开式***，较之闭式***能够更好地散热、保持***清洁，维护也更为简单。

5)在泵出口设置单向阀，为电液换向阀提供换向控制压力，同时可以在***出现较大冲击时迅速关闭，防止泵受到冲击。

附图说明

图1是本发明的比例阀控蓄能器的盾构刀盘回转驱动压力适应液压控制***结构原理图。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

如图1所示，本发明其主回路中的电机4经联轴器5与恒功率变量泵6相连；恒功率变量泵6的吸油口接吸油滤油器2的出油口，出油口并联压力表7后与高压滤油器8的入口相连；高压滤油器8出油口与插装阀9的入油口并联后接单向阀13的入油口；比例溢流阀12和控制盖板10内置的安全阀11的入油口通过控制盖板10与插装阀9的控制油口相连；插装阀9、安全阀11和比例溢流阀12的出油口与回油滤油器1的入油口相连；电液换向阀14的P1口与单向阀13的出油口相连，T1口与油箱3相连，A1口与比例换向阀15的P2口、第一压力传感器17、第一溢流阀20的入油口并联后与马达19一侧油口相连，B1口与比例换向阀15的T2口、第二压力传感器18、第二溢流阀21的入油口并联后与马达19另一侧油口相连，控制油口与单向阀13的入油口并联；比例换向阀15的A2口接蓄能器16，B2口堵死；第一溢流阀20与第二溢流阀21内置于马达19，出油口与油箱3相连；马达19的传动轴与减速机22相连。

本发明的工作原理如下：

当电机4得电启动，经联轴器5驱动恒功率变量泵6转动，恒功率变量泵6的吸油口通过吸油滤油器2从油箱3吸油。压力表7用于检测恒功率变量泵6出油口的压力。恒功率变量泵6排出的油液经过高压滤油器8过滤后分三路：第一路接插装阀9，由控制盖板10内置的安全阀11和比例溢流阀12共同控制插装阀9的开启，安全阀11起保护***安全作用，比例溢流阀12可以根据具体工况设定不同的开启压力，起限压作用。当压力滤油器8出口压力达到安全阀11或者比例溢流阀12的开启压力，插装阀9打开，油液通过插装阀9直接溢流回油箱3。第二路在单向阀13入油口前接入电液换向阀14的控制油口，用于控制换向阀14换向。第三路通过单向阀13进入电液换向阀14的P1口，单向阀13为电液换向阀14提供换向控制压力，同时可以在***出现较大冲击时迅速关闭，防止恒功率变量泵6受到冲击。

当电液换向阀14左右电磁铁都不得电时，电液换向阀14工作在中位M型机能，A1、B1口关闭，P1口与T1口接通，油液直接通过P1口由T1口流回油箱3。当电液换向阀14左电磁铁得电时，电液换向阀14的P1口与A1口接通，B1口与T1口接通，高压油通过P1口从A1口流出后分为三路：第一路接比例换向阀15的P2口。比例换向阀15的A2口接蓄能器16，B2口堵死，P2口和T2口分别接马达19的两侧油路。比例换向阀15主要通过左右电磁铁的得电分别来控制蓄能器16接入马达19的左右侧油路，当左右侧电磁铁都不得电时，蓄能器16不接入***。通过控制比例换向阀15的两侧电磁铁的输入电流或者电压大小，可以控制比例换向阀15的开口度，从而控制蓄能器16接入***的流量。当比例换向阀15的左电磁铁得电，比例换向阀15的P2口与A2口接通，蓄能器16接入马达19的左侧油路。当比例换向阀15的右电磁铁得电，比例换向阀15的A2口与T2口接通，蓄能器16接入马达19的右侧油路。第二路接第一压力传感器17，第一压力传感器17用于检测马达19左侧油路的压力。第三路从左侧油口进入马达19，马达19内置的第一溢流阀20在左侧入口处接入，防止马达19左侧油路高压对马达19造成损害。马达19内置的第二溢流阀21并联于马达19右侧油口处，防止马达19右侧油路高压对马达19造成损害。此时马达19正向转动，带动减速机22正转，减速机22以特定的减速比降低马达19的转速以满足刀盘的转速需求。马达19排出的油液由右侧油口流出后分为三路：第一路接第二压力传感器18，第二压力传感器18用于检测马达19右侧油路的压力。第一压力传感器17和第二压力传感器18可以通过对马达左右两侧油路进行实时检测，将压力信号转换为电信号并进行比较，来判断马达19的高压油路，从而得出负载的变化情况，并控制恒功率变量泵6和比例换向阀15。第二路接比例换向阀15的T2口。第三路接电液换向阀14的B1口，通过T1口油液流回油箱3。当电液换向阀14右电磁铁得电时，电液换向阀14的P1口与B1口接通，A1口T1与口接通，高压油通过P1口从B1口流出后分为三路：第一路接比例换向阀15的T2口。第二路接第二压力传感器18。第三路从右侧油口进入马达19，马达19内置的第二溢流阀21在右侧入口处接入。马达19内置的第一溢流阀20并联于马达19左侧油口处。此时马达19反向转动，带动减速机22反转。马达19排出的油液由左侧油口流出后分为三路：第一路接第一压力传感器17。第二路接比例换向阀15的P2口。第三路接电液换向阀14的A1口，通过T1口油液流回油箱3。

Claims (1)

1.一种比例阀控蓄能器驱动盾构刀盘压力适应液压控制***，其特征在于：其主回路中的电机(4)经联轴器(5)与恒功率变量泵(6)相连；恒功率变量泵(6)的吸油口接吸油滤油器(2)的出油口，恒功率变量泵(6)的出油口并联压力表(7)后与高压滤油器(8)的入口相连；高压滤油器(8)出油口与插装阀(9)的入油口并联后接单向阀(13)的入油口；比例溢流阀(12)和控制盖板(10)内置的安全阀(11)的入油口通过控制盖板(10)与插装阀(9)的控制油口相连；插装阀(9)、安全阀(11)和比例溢流阀(12)的出油口与回油滤油器(1)的入油口相连，回油滤油器(1)的出油口接油箱(3)；电液换向阀(14)的P1口与单向阀(13)的出油口相连，T1口与油箱(3)相连，A1口与比例换向阀(15)的P2口、第一压力传感器(17)、第一溢流阀(20)的入油口并联后与马达(19)一侧油口相连，B1口与比例换向阀(15)的T2口、第二压力传感器(18)、第二溢流阀(21)的入油口并联后与马达(19)另一侧油口相连，电液换向阀(14)的控制油口与单向阀(13)的入油口并联；比例换向阀(15)的A2口接蓄能器(16)，B2口堵死；第一溢流阀(20)与第二溢流阀(21)内置于马达(19)，第一溢流阀(20)与第二溢流阀(21)的出油口与油箱(3)相连；马达(19)的传动轴与减速机(22)相连。

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