一種采用同軸馬達的節(jié)能型盾構推進液壓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用同軸馬達的節(jié)能型盾構推進液壓系統(tǒng)，包括變量馬達、三位四通換向閥、單向閥、三位五通換向閥、安全閥、液壓缸。推進系統(tǒng)實行分區(qū)控制，各區(qū)采用變量馬達單獨供油，系統(tǒng)既可以進行各區(qū)獨立控制，又可以實現(xiàn)區(qū)間協(xié)調(diào)控制。各區(qū)推進液壓缸工作流量由比例變量馬達實現(xiàn)控制。將規(guī)格相同的變量馬達輸出軸剛性連接構成同步馬達，可有效保證各推進液壓缸之間的運動同步性。本發(fā)明中的推進液壓系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)推進速度的無級實時可調(diào)，而且由于采用容積調(diào)速元件液壓馬達進行流量調(diào)節(jié)，避免了現(xiàn)有系統(tǒng)中節(jié)流元件調(diào)速所造成的能量浪費，具有明顯的節(jié)能效果，特別適合于大型盾構掘進機推進控制。
【專利說明】一種采用同軸馬達的節(jié)能型盾構推進液壓系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于液壓系統(tǒng)【技術領域】，涉及一種流體壓力執(zhí)行機構，具體涉及一種采用同軸馬達的節(jié)能型盾構推進液壓系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]盾構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。推進系統(tǒng)是盾構的重要組成部分，通常由沿盾構周向分布的一定數(shù)量液壓缸的協(xié)調(diào)頂伸動作來完成推進任務。推進系統(tǒng)的性能不僅直接關系到盾構掘進姿態(tài)控制，而且對地表變形也產(chǎn)生極大的影響。因此，推進液壓系統(tǒng)速度及同步性控制是盾構施工過程中的關鍵技術問題之一。
[0003]盾構推進是一種典型的大功率、大負載工況。推進系統(tǒng)的裝機功率很大，能耗很高。為了簡化控制系統(tǒng)，通常將沿盾構周向分布的眾多液壓缸實施分區(qū)，采用液壓閥實現(xiàn)控制目標。在采用分區(qū)閥控的液壓系統(tǒng)中，高壓油在流經(jīng)各控制閥時會產(chǎn)生很大的能量損失，導致系統(tǒng)發(fā)熱、效率降低，不僅造成能量浪費、影響設備壽命，而且惡化了施工環(huán)境。因此如何在確保盾構正確高效推進的前提下實現(xiàn)推進液壓系統(tǒng)的節(jié)能控制是盾構掘進面臨的另一個關鍵技術問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服【背景技術】中盾構推進過程中存在的問題兼顧滿足盾構施工的要求，提供一種采用同軸馬達的節(jié)能型盾構推進液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可以實現(xiàn)各分區(qū)推進液壓缸之間的同步控制，又可以大幅降低了能量損失，同時也增加了推進系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的靈活性。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:包括系統(tǒng)主油路、回油管變量馬達組以及若干結構相同的分區(qū)推進系統(tǒng)；系統(tǒng)主油路通過三位四通換向閥與變量馬達組的進油口以及回油管相連，變量馬達組以及回油管的出油口分別連接到相對應的分區(qū)推進系統(tǒng)上，各分區(qū)推進系統(tǒng)內(nèi)部的液壓回路相互獨立；變量馬達組由若干個規(guī)格相同的變量馬達將輸出軸剛性連接而成。
[0006]所述的系統(tǒng)主油路連接到三位四通換向閥的進油口上；三位四通換向閥的第一出油口分別與各個變量馬達的進油口連接，第二出油口與回油管連接，回油口上連接有單向閥，且回油口連接到單向閥的進油口上；單向閥的出油口連接油箱；各個變量馬達的出油口分別與相對應的分區(qū)推進系統(tǒng)相連。
[0007]所述每個分區(qū)推進系統(tǒng)均包括液壓缸、安全閥、三位五通換向閥以及油箱；各個變量馬達的出油口分別與各分區(qū)推進系統(tǒng)的三位五通換向閥的進油口相連；三位五通換向閥的出油口分別與液壓缸的無桿腔和安全閥的進油口相連；三位五通換向閥的出油口與液壓缸的有桿腔相連，三位五通換向閥的回油口與回油管連接；回油口以及安全閥的出油口均連接到油箱上。
[0008]所述的推進系統(tǒng)設置有四個分區(qū)，并且設置四個變量馬達；第一變量馬達、第二變量馬達、第三變量馬達以及第四變量馬達分別為四個分區(qū)推進系統(tǒng)的液壓缸供油。
[0009]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0010]本發(fā)明將多臺規(guī)格相同的馬達輸出軸剛性連接組成同步馬達向推進系統(tǒng)各分區(qū)液壓缸供油，可以大幅降低多執(zhí)行器分區(qū)同步控制的復雜性。同時，由于各馬達與推進系統(tǒng)的油路相對獨立，使得推進系統(tǒng)各區(qū)既可獨立控制，又能協(xié)調(diào)控制，增加了系統(tǒng)的靈活性。最后，各區(qū)采用容積調(diào)速元件調(diào)節(jié)流量之后，來自主油路的液壓油可以無損地傳遞到各區(qū)推進液壓缸中，系統(tǒng)節(jié)能效果非常明顯，特別是在大型掘進設備中優(yōu)勢更加突出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的單區(qū)原理圖。
[0012]其中:1為油箱；2為單向閥；3為三位四通換向閥；4.1為第一變量馬達；4.2為第二變量馬達；4.3為第三變量馬；4.4為第四變量馬達；5為回油管；6為三位五通換向閥；7為安全閥；8為液壓缸。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖1和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0014]參見圖1，本發(fā)明包括系統(tǒng)主油路、回油管5、變量馬達組以及若干結構相同的分區(qū)推進系統(tǒng)；系統(tǒng)主油路通過三位四通換向閥3與變量馬達組的進油口以及回油管5相連，變量馬達組以及回油管5的出油口分別連接到相對應的分區(qū)推進系統(tǒng)上，各分區(qū)推進系統(tǒng)內(nèi)部的液壓回路相互獨立；變量馬達組由若干個規(guī)格相同的變量馬達將輸出軸剛性連接而成。系統(tǒng)主油路連接到三位四通換向閥3的進油口 P3上；三位四通換向閥3的第一出油口A3分別與各個變量馬達的進油口連接，第二出油口 B3與回油管5連接，回油口 T3上連接有單向閥2，且回油口 T3連接到單向閥2的進油口 P2上；單向閥2的出油口 T2連接油箱I ;各個變量馬達的出油口分別與相對應的分區(qū)推進系統(tǒng)相連。每個分區(qū)推進系統(tǒng)均包括液壓缸8、安全閥7、三位五通換向閥6以及油箱I ;各個變量馬達的出油口分別與各推進系統(tǒng)的三位五通換向閥6的進油口 P6相連；三位五通換向閥6的出油口 A6分別與液壓缸8的無桿腔和安全閥7的進油口 P7相連；三位五通換向閥6的出油口 B6與液壓缸7的有桿腔相連，三位五通換向閥6的回油口 T6與回油管5連接；回油口 06以及安全閥7的出油口 T7均連接到油箱I上。
[0015]本實施例設置四個分區(qū)推進系統(tǒng)，并相應設置四個變量馬達；第一變量馬達4.1、第二變量馬達4.2、第三變量馬達4.3以及第四變量馬達4.4分別為四個分區(qū)推進系統(tǒng)的液壓缸供油。
[0016]本發(fā)明的工作原理如下:
[0017]盾構向前推進時，三位四通換向閥3左端電磁鐵得電，三位四通換向閥3工作在左位，進油口 P3與第一出油口 A3接通，回油口 T3與第二出油口 B3接通。來自主油路的高壓油經(jīng)三位四通換向閥3進油口 P3流入、第一出油口 A3流出至變量馬達組4進油口。變量馬達組4由四臺輸出剛性連接在一起的變量馬達4.1、變量馬達4.2、變量馬達4.3、變量馬達4.4組成，分別用于控制A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)推進液壓缸，此處以A區(qū)為例說明，其它各區(qū)類同。三位五通換向閥6左端電磁鐵得電，三位五通換向閥6工作在左位，進油口 P6與出油口 A6接通，出油口 B6與回油口 06接通，回油口 T6截止。變量馬達4.1出油口壓力油經(jīng)管路流至三位五通換向閥6進油口 P6，經(jīng)三位五通換向閥6出油口 A6流出至液壓缸8左端無桿腔及安全閥6進油口 P6。正常推進時，安全閥6不打開，進油口 P6與出油口 T6不通。液壓缸8有桿腔液壓油經(jīng)管路至三位五通換向閥6出油口 B6，再經(jīng)回油口 06流回油箱。液壓缸8活塞桿在壓力油推動下伸出，完成推進動作。由于此時三位五通換向閥6回油口 T6截止，從三位五通換向閥6經(jīng)回油管5、三位四通換向閥第二出油口 B3和回油口T3、單向閥2至油箱I的油路中無油液流過。
[0018]由于變量馬達組4中的四個馬達同軸，只要設定四個液壓馬達排量相同，即可實現(xiàn)各區(qū)推進液壓缸同步工作。
[0019]當推進過程中盾構需要轉(zhuǎn)彎或姿態(tài)調(diào)整時，只需獨立調(diào)節(jié)各區(qū)流量控制元件液壓馬達的排量即可。如，當需增加A區(qū)液壓缸推進速度時，通過增大變量馬達4.1的排量即可實現(xiàn)。
[0020]當系統(tǒng)工作過程中出現(xiàn)異常情況導致系統(tǒng)壓力超出正常值時，安全閥7開啟，三位五通換向閥6出油口 A6流出的油液經(jīng)安全閥7的進油口 P7流進安全閥7，從安全閥7的出油口 T7流回油箱，實現(xiàn)卸荷，保護系統(tǒng)。
[0021]當推進液壓缸實現(xiàn)回退動作時，三位四通換向閥3的右端電磁鐵得電，三位四通換向閥3工作在右位，進油口 P3與第二出油口 B3接通，回油口 T3與第一出油口 A3接通。來自主油路的高壓油經(jīng)三位四通換向閥3進油口 P3流入、第二出油口 B3流出至回油管5，經(jīng)回油管5流至各區(qū)三位五通換向閥6回油口 T6。三位五通換向閥6右端電磁鐵得電，三位五通換向閥6工作在右位，進油口 P6截止，出油口 A6與回油口 06接通，出油口 B6與回油口 T6接通。來自主油路液壓油經(jīng)三位五通換向閥6回油口 T6、出油口 B6至液壓缸8有桿腔，推動液壓缸8活塞桿縮回，液壓缸8無桿腔液壓油經(jīng)三位五通換向閥6出油口 A6、回油口 06流回油箱。此時，安全閥6不打開，進油口 P6與出油口 T6不通，三位五通換向閥6進油口 P6截止，液壓馬達組4不工作，三位四通換向閥第一出油口 A3和回油口 T3、單向閥2至油箱I的油路中無油液流過。當各分區(qū)推進液壓缸需要單獨回退時，只需獨立控制各區(qū)中的三位五通換向閥即可實現(xiàn)。單向閥2為了防止三位四通換向閥3回油口 T3與第一出油口 A3接通的情況下可能導致的變量馬達組倒吸油箱油液造成事故。
[0022]當盾構停止推進時，三位四通換向閥3兩端電磁鐵斷電，三位四通換向閥3處于中位，進油口 P3與回油口 T3接通，第二出油口 B3和第一出油口 A3均截止，此時主油路液壓油經(jīng)三位四通換向閥3進油口 P3、回油口 T3、單向閥2回到油箱，系統(tǒng)卸荷。三位五通換向閥6兩端電磁鐵斷電，三位五通換向閥6處于中位，進油口 P6、出油口 A6、出油口 B6、回油口 06、回油口 T6均截止。由于連接液壓缸8有桿腔和無桿腔的管路中無油液流過，液壓缸8活塞桿在預定位置穩(wěn)定停止。
[0023]以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權利要求書的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種采用同軸馬達的節(jié)能型盾構推進液壓系統(tǒng)，其特征在于:包括系統(tǒng)主油路、回油管(5)變量馬達組以及若干結構相同的分區(qū)推進系統(tǒng)；系統(tǒng)主油路通過三位四通換向閥(3)與變量馬達組的進油口以及回油管(5)相連，變量馬達組以及回油管(5)的出油口分別連接到相對應的分區(qū)推進系統(tǒng)上，各分區(qū)推進系統(tǒng)內(nèi)部的液壓回路相互獨立；變量馬達組由若干個規(guī)格相同的變量馬達將輸出軸剛性連接而成。
2.根據(jù)權利要求1所述的采用同軸馬達的節(jié)能型盾構推進液壓系統(tǒng)，其特征在于:所述的系統(tǒng)主油路連接到三位四通換向閥⑶的進油口(P3)上；三位四通換向閥(3)的第一出油口(A3)分別與各個變量馬達的進油口連接，第二出油口(B3)與回油管(5)連接，回油口(T3)上連接有單向閥(2)，且回油口(T3)連接到單向閥(2)的進油口(P2)上；單向閥(2)的出油口(T2)連接油箱(I);各個變量馬達的出油口分別與相對應的分區(qū)推進系統(tǒng)相連。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的采用同軸馬達的節(jié)能型盾構推進液壓系統(tǒng)，其特征在于:所述每個分區(qū)推進系統(tǒng)均包括液壓缸(8)、安全閥(7)、三位五通換向閥￠)以及油箱(I)；各個變量馬達的出油口分別與各分區(qū)推進系統(tǒng)的三位五通換向閥(6)的進油口(P6)相連；三位五通換向閥(6)的出油口(A6)分別與液壓缸(8)的無桿腔和安全閥(7)的進油口(P7)相連；三位五通換向閥(6)的出油口(B6)與液壓缸(7)的有桿腔相連，三位五通換向閥(6)的回油口(T6)與回油管(5)連接；回油口(06)以及安全閥(7)的出油口(T7)均連接到油箱⑴上。
4.根據(jù)權利要求3所述的采用同軸馬達的節(jié)能型盾構推進液壓系統(tǒng)，其特征在于:所述的推進系統(tǒng)設置有四個分區(qū)，并且設置四個變量馬達；第一變量馬達(4.1)、第二變量馬達(4.2)、第三變量馬達(4.3)以及第四變量馬達(4.4)分別為四個分區(qū)推進系統(tǒng)的液壓缸供油。
【文檔編號】F15B11/22GK104153786SQ201410350079
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權日:2014年7月22日
【發(fā)明者】施虎, 梅雪松, 趙亮 申請人:西安交通大學