推力和支撐力實時耦合調控的tbm推進支撐液壓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種推力和支撐力實時耦合調控的TBM推進支撐液壓系統(tǒng)。包括第一比例減壓閥、第一三位四通換向閥、安全閥、溢流閥、推進液壓缸、第一壓力傳感器、第二三位四通換向閥、第二比例減壓閥、第三三位四通換向閥、第一液控單向閥、第一節(jié)流口、撐靴液壓缸、第二壓力傳感器、第二節(jié)流口、第二液控單向閥、第三液控單向閥、第一背壓閥、第二背壓閥、第四液控單向閥、單向閥、第四三位四通換向閥。采用推力和支撐力實時耦合調控的TBM推進支撐液壓系統(tǒng)能夠適應復雜地質環(huán)境掘進工況，能依據施工環(huán)境實時調節(jié)掘進參數，適合于各種地質條件下硬巖掘進裝備的推進支撐運動控制，大大提高TBM的掘進施工效率。
【專利說明】推力和支撐力實時耦合調控的TBM推進支撐液壓系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及流體壓力執(zhí)行機構，尤其涉及一種推力和支撐力實時耦合調控的TBM推進支撐液壓系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]硬巖隧道掘進機(Tunnel Boring Machine,簡稱TBM),是一種集掘進、出洛、初期支護、通風除塵為一體的大型隧道掘進機械。TBM掘進破巖時，由刀盤驅動系統(tǒng)驅動主機前部裝有若干滾刀的刀盤旋轉，并由TBM推進系統(tǒng)給刀盤提供推進力，撐靴系統(tǒng)支撐洞壁承受支反力，在推進系統(tǒng)作用下刀盤向巖層頂進，同時依靠刀盤上的盤形滾刀擠壓破碎巖石，從而使隧洞全斷面一次開挖成形。TBM掘進速度快、施工質量穩(wěn)定、安全作業(yè)條件好，對生態(tài)環(huán)境影響小。
[0003]TBM推進支撐系統(tǒng)具備推進、支撐、換步、調向的功能。推進支撐換步機構是TBM連續(xù)掘進作業(yè)的關鍵部件，是影響整機掘進效率、掘進精度及動力特性的主要因素之一。由于圍巖環(huán)境不確定性、強沖擊、強振動，在任何圍巖條件下產生穩(wěn)定的大推力，高效的傳遞和精準的姿態(tài)控制成為推進系統(tǒng)的制約條件。面向復雜地質條件，實時調節(jié)TBM的推進支撐參數，提高TBM的掘進效率及掘進適應性成為TBM推進支撐系統(tǒng)的主要難題。
[0004]目前施工實踐中應用最廣的是單對水平浮動支撐的開敞式TBM。TBM向前掘進時，推進液壓缸和撐靴液壓缸的工作壓力依據地質探測數據調定，而后在整個施工段以調定的推進壓力向前推進，調定的支撐壓力使撐靴撐緊洞壁。由于撐靴缸壓力設定常值、推進系統(tǒng)保持接地比壓恒定，TBM對圍巖的擾動大、地質適應性差。在TBM支撐推進換步全過程中，若能對推力和支撐力進行實時耦合調控，TBM掘進效率以及對復雜地質環(huán)境的適應性將大大提聞。


【發(fā)明內容】

[0005]為了克服現(xiàn)有的TBM施工過程中存在的效率低下、地質適應性差、圍巖擾動大等問題，兼顧滿足硬巖掘進施工要求，本發(fā)明提供了一種推力和支撐力實時耦合調控的TBM推進支撐液壓系統(tǒng)，既可以實現(xiàn)推進壓力和支撐壓的實時耦合調節(jié)控制，增加系統(tǒng)在施工過程中對圍巖條件的自適應性，又可以大大降低推力和支撐力不匹配從而引起TBM卡機刀盤受困的事故發(fā)生概率。
[0006]本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案是:
推力和支撐力實時耦合調控的TBM推進支撐液壓系統(tǒng)包括:第一比例減壓閥、第一三位四通換向閥、安全閥、溢流閥、推進液壓缸、第一壓力傳感器、第二三位四通換向閥、第二比例減壓閥、第三三位四通換向閥、第一液控單向閥、第一節(jié)流口、撐靴液壓缸、第二壓力傳感器、第二節(jié)流口、第二液控單向閥、第三液控單向閥、第一背壓閥、第二背壓閥、第四液控單向閥、單向閥、第四三位四通換向閥；高壓小流量進油路與第一比例減壓閥的進油口、第二比例減壓閥的進油口相連；第一比例減壓閥的出油口與第一三位四通換向閥的第一油口連通；第一三位四通換向閥的第二油口與安全閥的進油口、推進液壓缸的進油口、第二三位四通換向閥的第二油口、第一壓力傳感器相連；推進液壓缸的出油口與第一三位四通換向閥的第三油口、溢流閥的進油口、第二三位四通換向閥的第三油口相連；第二比例減壓閥的出油口與第三三位四通換向閥的第一油口連通；第三三位四通換向閥的第二油口與第一液控單向閥的進油口連通；第一液控單向閥的出油口與第一節(jié)流口的進油口相連；第一節(jié)流口的出油口與撐靴液壓缸的進油口、第二節(jié)流口的出油口、第二壓力傳感器相連；撐靴液壓缸的第一出油口與第三液控單向閥的進油口、第一背壓閥的進油口連通；撐靴液壓缸的第二出油口與第四液控單向閥的進油口、第二背壓閥的進油口連通；第三液控單向閥的出油口、第一背壓閥的出油口、第二背壓閥的出油口、第四液控單向閥的出油口、第二液控單向閥的控制油口與單向閥的進油口、第四三位四通換向閥的第二油口相連；單向閥的出油口與第三三位四通換向閥的第三油口、第一液控單向閥的控制油口相連；第二節(jié)流口的進油口與第二液控單向閥的出油口連通；第二液控單向閥的進油口、第三液控單向閥的控制油口、第四液控單向閥的控制油口與第四三位四通換向閥的第三油口連通；低壓大流量進油路與第二三位四通換向閥的第一油口、第四三位四通換向閥的第一油口相連；安全閥的出油口、三位四通換向閥的第四油口、溢流閥的出油口、第二三位四通換向閥的第四油口、第三三位四通換向閥的第四油口、第四三位四通換向閥的第四油口與主回油路相連。其中，四個推進液壓缸的進油口相互連通，四個推進液壓缸的出油口相互連通。
[0007]本發(fā)明與【背景技術】相比，具有的有益效果是:
I)推進缸和撐靴缸的工作壓力在掘進過程中實時可調，依據系統(tǒng)參數、掘進速率、以及圍巖參數，可以提高推進支撐系統(tǒng)對圍巖的適應性，降低TBM對圍巖的擾動。
[0008]2)在整個掘進施工段，TBM的推進力和支撐力的相互關系可依據圍巖條件實時耦合調控。在不同的撐靴接地比壓、巖體抗壓強度的作用下，為TBM設計相應的智能控制器，實時控制推進缸和撐靴缸的工作壓力，使TBM的推力和支撐力始終保持在最優(yōu)耦合關系，TBM的掘進效率達到最大化。此外，由于TBM的推力和支撐力始終得到耦合調控，掘進機對圍巖的破壞擾動在可控范圍內持續(xù)變化。圍巖的變形得到合理控制，TBM刀盤或盾體被卡的概率大大降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]附圖是推力和支撐力實時耦合調控的TBM推進支撐液壓系統(tǒng)結構示意圖。
[0010]圖中:1.第一比例減壓閥，2.第一三位四通換向閥，3.安全閥，4.溢流閥，5.推進液壓缸，6.第一壓力傳感器，7.第二三位四通換向閥，8.第二比例減壓閥，9.第三三位四通換向閥，10.第一液控單向閥，11.第一節(jié)流口，12.撐靴液壓缸，13.第二壓力傳感器，14.第二節(jié)流口，15.第二液控單向閥，16.第三液控單向閥，17.第一背壓閥，18.第二背壓閥，19.第四液控單向閥，20.第四單向閥，21.三位四通換向閥。

【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0012]推力和支撐力實時耦合調控的TBM推進支撐液壓系統(tǒng)，其特征在于包括:第一比例減壓閥1、第一三位四通換向閥2、安全閥3、溢流閥4、推進液壓缸5、第一壓力傳感器6、第二三位四通換向閥7、第二比例減壓閥8、第三三位四通換向閥9、液控單向閥10、第一節(jié)流口 11、撐靴液壓缸12、第二壓力傳感器13、第二節(jié)流口 14、第二液控單向閥15、第三液控單向閥16、第一背壓閥17、第二背壓閥18、第四液控單向閥19、單向閥20、第四三位四通換向閥21 ;高壓小流量進油路與第一比例減壓閥I的進油口 P1、第二比例減壓閥8的進油口P8相連；第一比例減壓閥I的出油口 Tl與第一三位四通換向閥2的第一油口 P2連通；第一三位四通換向閥2的第二油口 A2與安全閥3的進油口 P3、推進液壓缸5的進油口 P5、第二三位四通換向閥7的第二油口 A7、第一壓力傳感器6相連；推進液壓缸5的出油口 T5與第一三位四通換向閥2的第三油口 B2、溢流閥4的進油口 P4、第二三位四通換向閥7的第三油口 B7相連；第二比例減壓閥8的出油口 T8與第三三位四通換向閥9的第一油口 P9連通；第三三位四通換向閥9的第二油口 A9與第一液控單向閥10的進油口 PlO連通?’第一液控單向閥10的出油口 TlO與第一節(jié)流口 11的進油口 Pll相連；第一節(jié)流口 11的出油口Tll與撐靴液壓缸12的進油口 P12、第二節(jié)流口 14的出油口 T14、第二壓力傳感器13相連；撐靴液壓缸12的第一出油口 T12.1與第三液控單向閥16的進油口 P16、第一背壓閥17的進油口 P17連通；撐靴液壓缸12的第二出油口 T12.2與第四液控單向閥19的進油口 P19、第二背壓閥18的進油口 P18連通；第三液控單向閥16的出油口 T16、第一背壓閥17的出油口 T17、第二背壓閥18的出油口 T18、第四液控單向閥19的出油口 T19、第二液控單向閥15的控制油口 X15與單向閥20的進油口 P20、第四三位四通換向閥21的第二油口 A21相連；單向閥20的出油口 T20與第三三位四通換向閥9的第三油口 B9、第一液控單向閥10的控制油口 XlO相連；第二節(jié)流口 14的進油口 P14與第二液控單向閥15的出油口 T15連通；第二液控單向閥15的進油口 P15、第三液控單向閥16的控制油口 X16、第四液控單向閥19的控制油口 X19與第四三位四通換向閥21的第三油口 B21連通；低壓大流量進油路與第二三位四通換向閥7的第一油口 P7、第四三位四通換向閥21的第一油口 P21相連；安全閥3的出油口 T3、第一三位四通換向閥2的第四油口 T2、溢流閥4的出油口 T4、第二三位四通換向閥7的第四油口 T7、第三三位四通換向閥9的第四油口 T9、第四三位四通換向閥21的第四油口 T21與主回油路相連。其中，四個推進液壓缸的進油口相互連通P5，四個推進液壓缸的出油口相互連通T5。
[0013]本發(fā)明的工作原理如下:
TBM正常推進時，撐靴液壓缸高壓撐緊，推進液壓缸高壓推進。推進油路:高壓小流量壓力油經過第一比例減壓閥I油口 Pl流進，從第一比例減壓閥I油口 Tl流出，流入第一三位四通換向閥2的油口 P2。第一三位四通換向閥2的先導閥電磁鐵a2得電，閥2工作在左位，從第一三位四通換向閥2的油口 A 2流出的壓力油，流入安全閥3的油口 P3、推進液壓缸5的油口 P5、第二三位四通換向閥7的油口 A7，第二三位四通換向閥7處于中位油路截至狀態(tài)。壓力油經推進液壓缸5油口 P5進入推進液壓缸5無桿腔，推動液壓缸前進?；赜蛷耐七M液壓缸5油口 T5流出，進入第一三位四通換向閥2的油口 B2、溢流閥4的油口 P4。最終回油經過第一三位四通換向閥2油口 B2T2流入主回油路。支撐油路:高壓小流量壓力油經過第二比例減壓閥8油口 P8流進，從第二比例減壓閥8油口 T8流出，流入第三三位四通換向閥9的油口 P9。第三三位四通換向閥9的先導閥電磁鐵a9得電，從第三三位四通換向閥9的油口 A 9流出的壓力油，經過第一液控單向閥10和第一節(jié)流口 11進入撐靴液壓缸12?；赜蛷膿窝ヒ簤焊?2的左右油口 T12.1、T12.2流出，經第一背壓閥17、第二背壓閥18流入單向閥20進入第三三位四通換向閥9油口 B9T9流回主回油路。此時，第三液控單向閥16和第四液控單向閥19反向截止不通，推進液壓缸的推進壓力以及撐靴液壓缸的支撐壓力分別由第一比例減壓閥1、第二比例減壓閥8調節(jié)，正常推進時撐靴液壓缸處于高壓撐緊狀態(tài)，撐靴頂住洞壁撐緊。
[0014]TBM推進缸縮回時，第一三位四通換向閥2的先導閥電磁鐵b2得電，閥2工作在右位，高壓小流量壓力油由第一比例減壓閥I流入，經第一三位四通換向閥2油口 P2B2流入推進液壓缸有桿腔?；赜蛷耐七M液壓缸5油口 P5流出，經第一三位四通換向閥2油口 A2T2流回主回油路。
[0015]在TBM支撐推進換步過程中，為了提高掘進效率，減短支撐推進換步時間。TBM的推進系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)開啟快速伸出和快速縮回回路。推進液壓缸快速伸出時，第二三位四通換向閥7的先導閥電磁鐵a7得電，閥7工作在左位，低壓大流量壓力油經第二三位四通換向閥7油口 P7A7、推進液壓缸5油口 P5流入推進液壓缸，推進液壓缸快速伸出?；赜徒浀诙凰耐〒Q向閥7油口 B7T7流回主回油路。推進液壓缸快速縮回時，第二三位四通換向閥7的先導閥電磁鐵b7得電，閥7工作在右位，低壓大流量壓力油經第二三位四通換向閥7油口 P7B7、推進液壓缸5油口 T5流入推進液壓缸，推進液壓缸快速縮回。回油經第二三位四通換向閥7油口 A7T7流回主回油路。
[0016]撐靴液壓缸快速伸出時，第四三位四通換向閥21的先導閥電磁鐵b21得電，閥21工作在右位，第二液控單向閥15正向導通，第三液控單向閥16和第四液控單向閥19的控制油口通壓力油反向導通，低壓大流量液壓油經第四三位四通換向閥21油口 P21B21、第二液控單向閥15、第二節(jié)流口 14進入撐靴液壓缸無桿腔?；赜徒洆窝ヒ簤焊子涂?T12.1和T12.2、第三液控單向閥16和第四液控單向閥19、第四三位四通換向閥21油口 A21T21，流回主回油路。撐靴液壓缸快速退回時，第四三位四通換向閥21的先導閥電磁鐵a21得電，閥21工作在左位，第三液控單向閥16和第四液控單向閥19正向導通，低壓大流量液壓油經第四三位四通換向閥21油口 P21A21、第三液控單向閥16和第四液控單向閥19進入撐靴液壓缸無桿腔?；赜徒洆窝ヒ簤焊子涂?P12、第二節(jié)流口 14、第二液控單向閥15、第四三位四通換向閥21油口 B21T21，流回主回油路。
[0017]撐靴缸欲收回時，由于高壓撐緊狀態(tài)撐靴液壓缸系統(tǒng)壓力很高，必須先進行泄壓操作，此時第三三位四通換向閥9的先導閥電磁鐵b9得電，閥9工作在右位，壓力油經第二比例減壓閥8、第三三位四通換向閥9油口 P9B9與第一液控單向閥10的控制油口 XlO相通，第一液控單向閥10反向導通。撐靴液壓缸無桿腔油液經推進液壓缸12油口 P12、第一節(jié)流口 11、第一液控單向閥10、第三三位四通換向閥9油口 A9T9與主回油路接通。撐靴液壓缸無桿腔泄壓，缸桿與撐靴一起脫離洞壁。
[0018]TBM推進系統(tǒng)在推進過程中因推進缸卡住或遭遇極端地質條件推進系統(tǒng)壓力超過設定安全壓力時，安全閥3開啟，系統(tǒng)油液經過安全閥3進油口 P3流進安全閥3，從安全閥3的回油口 T3回油，實現(xiàn)保護卸荷。
【權利要求】
1.一種推力和支撐力實時耦合調控的TBM推進支撐液壓系統(tǒng)，其特征在于包括:第一比例減壓閥(I)、第一三位四通換向閥(2)、安全閥(3)、溢流閥(4)、推進液壓缸(5)、第一壓力傳感器(6)、第二三位四通換向閥(7)、第二比例減壓閥(8)、第三三位四通換向閥(9)、第一液控單向閥(10)、第一節(jié)流口(11)、撐靴液壓缸(12)、第二壓力傳感器(13)、第二節(jié)流口(14)、第二液控單向閥(15)、第三液控單向閥(16)、第一背壓閥(17)、第二背壓閥(18)、第四液控單向閥(19)、單向閥(20)、第四三位四通換向閥(21);高壓小流量進油路與第一比例減壓閥(I)的進油口(P1)、第二比例減壓閥(8)的進油口(P8)相連；第一比例減壓閥(I)的出油口(Tl)與第一三位四通換向閥(2)的第一油口(P2)連通；第一三位四通換向閥(2)的第二油口(A2)與安全閥(3)的進油口(P3)、推進液壓缸(5)的進油口(P5)、第二三位四通換向閥(7)的第二油口(A7)、第一壓力傳感器(6)相連；推進液壓缸(5)的出油口(T5)與第一三位四通換向閥(2)的第三油口(B2)、溢流閥(4)的進油口(P4)、第二三位四通換向閥(7)的第三油口(B7)相連；第二比例減壓閥(8)的出油口(T8)與第三三位四通換向閥(9)的第一油口(P9)連通；第三三位四通換向閥(9)的第二油口(A9)與第一液控單向閥(10)的進油口(PlO)連通；第一液控單向閥(10)的出油口(TlO)與第一節(jié)流口(11)的進油口(Pll)相連；第一節(jié)流口(11)的出油口(Tll)與撐靴液壓缸(12)的進油口(P12)、第二節(jié)流口(14)的出油口(T14)、第二壓力傳感器(13)相連；撐靴液壓缸(12)的第一出油口(T12.1)與第三液控單向閥(16)的進油口(P16)、第一背壓閥(17)的進油口(P17)連通；撐靴液壓缸(12)的第二出油口(T12.2)與第四液控單向閥(19)的進油口(P19)、第二背壓閥(18)的進油口( P18 )連通；第三液控單向閥(16)的出油口(T16)、第一背壓閥(17 )的出油口(T17)、第二背壓閥(18)的出油口(T18)、第四液控單向閥(19)的出油口(T19)、第二液控單向閥(15)的控制油口(X15)與單向閥(20)的進油口(P20)、第四三位四通換向閥(21)的第二油口(A21)相連；單向閥(20)的出油口(T20)與第三三位四通換向閥(9)的第三油口(B9)、第一液控單向閥(10)的控制油口(XlO)相連；第二節(jié)流口(14)的進油口(P14)與第二液控單向閥(15)的出油口(T15)連通；第二液控單向閥(15)的進油口(P15)、第三液控單向閥(16)的控制油口(X16)、第四液控單向閥(19)的控制油口(X19)與第四三位四通換向閥(21)的第三油口(B21)連通；低壓大流量進油路與第二三位四通換向閥(7)的第一油口(P7)、第四三位四通換向閥(21)的第一油口(P21)相連；安全閥(3)的出油口(T3)、三位四通換向閥(2)的第四油口(T2)、溢流閥(4)的出油口(T4)、第二三位四通換向閥(7)的第四油口(T7)、第三三位四通換向閥(9)的第四油口(T9)、第四三位四通換向閥(21)的第四油口(T21)與主回油路相連，其中，四個推進液壓缸的進油口相互連通(P5)，四個推進液壓缸的出油口相互連通(T5)。
【文檔編號】F15B11/16GK104373398SQ201410615038
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權日:2014年11月5日
【發(fā)明者】龔國芳, 吳偉強, 彭雄斌, 楊華勇, 張振 申請人:浙江大學