压力速度混合控制的盾构推进液压系统.pdf

本发明公开了一种压力速度混合控制的盾构推进液压系统。包括三位四通换向阀、三个二位三通换向阀、比例减压阀、比例调速阀、二个单向阀、插装阀、溢流阀、压力传感器、液压缸。推进系统采用比例调速阀控制速度，采用比例减压阀控制压力，压力和速度控制模式根据实际需要可以实时切换，满足盾构土压平衡和姿态控制的要求。通过二位三通换向阀控制插装阀口开闭，可以实现液压缸快进、快退与可靠锁紧工况，增加了系统灵活性。采用压力速度混合控制的盾构推进液压控制系统能够适应复杂地质环境掘进工况，适合于各种地质条件下盾构掘进装备推进运动控制。

1、  一种压力速度混合控制的盾构推进液压系统，其特征在于包括：三位四通换向阀(1)、第一个二位三通换向阀(2)、第二个二位三通换向阀(3)、比例减压阀(4)、比例调速阀(5)、第一单向阀(6)、插装阀(7)、第三个二位三通换向阀(8)、第二单向阀(9)、溢流阀(10)、压力传感器(11)、内置位移传感器的液压缸(12)；三位四通换向阀(1)的进油口P1与主进油路相连，回油口T1与主回油路相连，出油口A1和B1分别与第一个二位三通换向阀(2)进油口P2和内置位移传感器的液压缸(12)有杆腔及第二单向阀(9)出油口B9相连；第一个二位三通换向阀(2)出油口A2和B2分别与第二个二位三通换向阀(3)进油口P3和插装阀(7)进油口A7相连；第二个二位三通换向阀(3)出油口A3和B3分别与比例调速阀(5)进油口P5和比例减压阀(4)进油口P4相连；比例调速阀(5)出油口T5和比例减压阀(4)出油口T4与第一单向阀(6)进油口A6相连；第一单向阀(6)出油口B6与插装阀(7)出油口B7、第三个二位三通换向阀(8)出油口A8、溢流阀(10)进油口P10和压力传感器(11)均和内置位移传感器的液压缸(12)无杆腔相连；插装阀(7)控制油口K7与第三个二位三通换向阀(8)进油口P8相连；第三个二位三通换向阀(8)出油口B8与插装阀(7)进油口A7相连；溢流阀(10)出油口T10与第二单向阀(9)进油口A9相连。

压力速度混合控制的盾构推进液压系统
技术领域
本发明涉及流体压力执行机构，尤其是涉及一种压力速度混合控制的盾构推进液压系统。
背景技术
盾构推进系统是盾构掘进机的重要组成部分，承担着整个盾构掘进机的推进任务。推进系统不仅能够实现推动盾构向前运动的功能，而且要完成盾构的曲线行进、纠偏以及姿态控制等相关复杂任务。推进系统能够适应不同施工地层土质以及水土压力的变化，输出合适的推进压力和推进速度与盾构前部密封舱土压力、刀盘转速及排渣速度等参数相匹配，共同实现安全、快速、高效掘进。
采用电液比例阀可以实现液压系统压力和速度参数的实时连续可调。压力控制模式下可以通过调节推进系统各分组压力从而实现盾构掘进的姿态控制，速度控制模式下与螺旋输送机转速控制相配合从而达到开挖与排土平衡控制，维持开挖面的稳定面，能更好地满足盾构掘进对推进控制的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压力速度混合控制的盾构推进液压系统，采用比例阀可以实现推进液压系统压力和速度参数的实时连续可调，以满足不同地质环境下推进系统的工作需要。
本发明所采用的技术方案是：
本发明包括：三位四通换向阀、第一个二位三通换向阀、第二个二位三通换向阀、比例减压阀、比例调速阀、第一单向阀、插装阀、第三个二位三通换向阀、第二单向阀、溢流阀、压力传感器、内置位移传感器的液压缸；三位四通换向阀的进油口P1与主进油路相连，回油口T1与主回油路相连，出油口A1和B1分别与第一个二位三通换向阀进油口P2和内置位移传感器的液压缸有杆腔及第二单向阀出油口B9相连；第一个二位三通换向阀出油口A2和B2分别与第二个二位三通换向阀进油口P3和插装阀进油口A7相连；第二个二位三通换向阀出油口A3和B3分别与比例调速阀进油口P5和比例减压阀进油口P4相连；比例调速阀出油口T5和比例减压阀出油口T4与第一单向阀进油口A6相连；第一单向阀出油口B6与插装阀出油口B7、第三个二位三通换向阀出油口A8、溢流阀进油口P10和压力传感器均和内置位移传感器的液压缸无杆腔相连；插装阀控制油口K7与第三个二位三通换向阀进油口P8相连；第三个二位三通换向阀出油口B8与插装阀进油口A7相连；溢流阀出油口T10与第二单向阀进油口A9相连。
本发明具有的有益效果是：
1)采用比例调速阀控制推进液压缸的速度，使推进速度精确可控，易于配合螺旋输送机实现土压平衡控制；
2)采用比例减压阀控制推进液压缸输出力的大小，易于实现盾构姿态协调控制；
3)采用插装阀组控制液压缸的动作与可靠锁紧，增加了系统的灵活性；
4)采用主油路上的一个方向阀配合各液压缸的插装阀组实现每个推进液压缸前进与回退，大大减少了推进多缸系统中电磁方向阀的数量，提高了系统的电气可靠性。
附图说明
附图是本发明中压力速度混合控制的盾构推进液压系统单缸控制原理图。
图中：1.三位四通换向阀，2、3、8.二位三通换向阀，4.比例减压阀，5.比例调速阀，6、9.单向阀，7.插装阀，10.溢流阀，11.压力传感器，12.内置位移传感器的液压缸。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如附图所示，本发明包括：三位四通换向阀1、第一个二位三通换向阀2、第二个二位三通换向阀3、比例减压阀4、比例调速阀5、第一单向阀6、插装阀7、第三个二位三通换向阀8、第二单向阀9、溢流阀10、压力传感器11、内置位移传感器的液压缸12；三位四通换向阀1的进油口P1与主进油路相连，回油口T1与主回油路相连，出油口A1和B1分别与第一个二位三通换向阀2进油口P2和内置位移传感器的液压缸12有杆腔及第二单向阀9出油口B9相连；第一个二位三通换向阀2出油口A2和B2分别与第二个二位三通换向阀3进油口P3和插装阀7进油口A7相连；第二个二位三通换向阀3出油口A3和B3分别与比例调速阀5进油口P5和比例减压阀4进油口P4相连；比例调速阀5出油口T5和比例减压阀4出油口T4与第一单向阀6进油口A6相连；第一单向阀6出油口B6与插装阀7出油口B7、第三个二位三通换向阀8出油口A8、溢流阀10进油口P10和压力传感器11均和内置位移传感器的液压缸12无杆腔相连；插装阀7控制油口K7与第三个二位三通换向阀8进油口P8相连；第三个二位三通换向阀8出油口B8与插装阀7进油口A7相连；溢流阀10出油口T10与第二单向阀9进油口A9相连。
本发明的工作原理如下：
如附图所示，盾构向前推进时，三位四通换向阀1左边电磁铁通电，主油路压力油经三位四通换向阀1的P1口进入，A1口流出至二位三通换向阀2的进油口P2以及推进系统其它组液压缸控制阀。
当二位三通换向阀2电磁铁通电时，工作在左位，压力油经P2口、A2口流至P3口。
当二位三通换向阀3电磁铁断电时，P3口的压力油经二位三通换向阀3的B3口、比例减压阀4、单向阀6进入内置位移传感器的液压缸12无杆腔，推动液压缸活塞杆伸出，盾构在压力控制模式下向前推进。此时，二位三通换向阀8电磁铁断电，插装阀7因其控制油口K7经二位三通换向阀8左位与液压缸无杆腔高压油连通，处于关闭状态。
当二位三通换向阀3电磁铁通电时，P3口的压力油经二位三通换向阀A3口、比例调速阀5、单向阀6进入内置位移传感器的液压缸12无杆腔，推动液压缸活塞杆伸出，盾构在速度控制模式下向前推进。此时，二位三通换向阀8电磁铁断电，插装阀7因其控制油口K7经二位三通换向阀8左位与液压缸无杆腔高压油连通，处于关闭状态。
在推进压力或速度控制模式下，通过压力传感器11以及内置于液压缸12的位移传感器可以实时监测盾构推进压力和速度，将电信号反馈给控制系统从而输出合适的信号控制比例阀。
液压缸12的有杆腔通过管路与三位四通换向阀1的油口B1相连，盾构向前推进时，液压缸12的有杆腔的液压油经三位四通换向阀1的油口B1、T1连接主回油路回到油箱。
在盾构推进过程中，当负载突然变大，导致液压缸12无杆腔压力突然升高时，溢流阀10打开。与此同时，液压缸12无杆腔中的高压油流至单向阀6的出油口B6被截止。最终，液压缸12无杆腔中的高压油经溢流阀10、单向阀9、三位四通换向阀1到主回油路流入油箱，实现了突变负载工况下对元件的保护功能。
当二位三通换向阀2电磁铁断电时，工作在右位，压力油经P2口、B2口流至A7口，若二位三通换向阀8电磁铁断电，插装阀7控制油口K7经二位三通换向阀8左位与液压缸无杆腔连通，A7口的液压油将阀芯推开，来自主油路的液压油经插装阀7进入液压缸12无杆腔，液压缸12实现空载快进动作；若二位三通换向阀8电磁铁通电，插装阀7控制油口K7经二位三通换向阀8右位与插装阀7进油口A7连通，A7口的液压油将流到插装阀芯顶部，由于阀芯上下面积差，阀芯处于关闭状态，此时液压缸12不动作，而出自三位四通换向阀1的A1油口的压力油全部流至推进系统其它组液压缸控制阀中，从而实现了推进液压缸的单组快进控制，满足了单缸调试等实际工况的需要。
在盾构管片拼装作业时，推进液压缸回退，此时三位四通换向阀1右边电磁铁通电，主油路压力油经三位四通换向阀1的P1口进入，B1口流出至液压缸12及推进系统其它组液压缸有杆腔。
液压缸12无杆腔液压油流至插装阀7的B7口和单向阀6的出油口B6，单向阀6反向截止。若二位三通换向阀8电磁铁通电，且二位三通电磁换向阀2电磁铁断电，插装阀7控制油口K7经二位三通换向阀8右位与插装阀7进油口A7连通，再经二位三通换向阀2、三位四通换向阀1与主回油路连接到回到油箱，阀芯开启，液压缸12无杆腔液压油经插装阀7、二位三通换向阀2、三位四通换向阀1与主回油路连接回到油箱，此时液压缸12回退；若二位三通换向阀8电磁铁断电，插装阀7控制油口K7经二位三通换向阀8左位与液压缸无杆腔连通，无杆腔液压油将流到插装阀芯顶部，由于阀芯上下面积差，阀芯处于关闭状态，此时液压缸12不动作，而出自三位四通换向阀1的B1油口的压力油全部流至推进系统其它组液压缸控制阀中，从而实现了推进液压缸的分组回退控制，满足了管片拼装等实际工况的需要。
当盾构暂停推进时，为了保持开挖面的稳定，要求推进系统能够保压。此时，三位四通换向阀1所有电磁铁断电，工作在中位，主油路压力油经P1口流进、T1口流出回到油箱，使系统卸荷。二位三通换向阀8电磁铁断电，插装阀7控制油口K7经二位三通换向阀8左位与液压缸12无杆腔连通，无杆腔液压油具有一定的压力，将作用到插装阀芯顶部，由于阀芯上下面积差，阀芯关闭。在单向阀6和插装阀7的共同作用下，液压缸12无杆腔液压油实现可靠保压。