[发明专利]盾构隧道掘进机节能液压推进系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道掘进的设备，特别是涉及一种驱动盾构机的推进液压系统。

背景技术

盾构机全名叫盾构隧道掘进机，是一种专用于地下隧道工程施工的现代化高科技掘进设备，它集机、电、液、控、测量等技术为一体，能完成挖掘、排土、管片拼装等工作，实现了隧道开挖的机械化、自动化。与传统的隧道施工方法相比，盾构法施工具有施工安全、快速高效、工程质量高、地面扰动小、机械化程度高、施工成本低等许多优点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构施工。

盾构机的推进系统为盾构前进提供推动力，是盾构机的关键系统之一。盾构机的掘进工作通常由沿盾构周向分布的一定数量液压缸的协同伸出来完成，并要求在任何负载情况下都能精确及时地对盾构机的姿态和推进速度进行控制，使得盾构机能精确地沿事先设定好的路线推进，推进系统的可控性不仅直接关系到隧道施工的正确性、完整性，而且对控制地表沉降也会产生极大的影响。盾构在实际施工过程中，由于地质条件的复杂性和施工中诸多不可预见性因素的作用，对推进系统的推进速度和推力大小提出了更高的控制要求。因此，推进液压系统的压力和流量必须实时连续可调，以便选择合适的推进力和推进速度，以配合其它执行机构保持掘进过程中的土压平衡。

盾构推进是典型的大功率、大负载工况。推进系统的装机功率较大，能耗较高，为了降低控制成本、减小控制复杂性，通常对沿盾构周向分布的一定数量液压缸进行分区，采用比例控制阀实现各区压力流量的复合控制，由于比例压力阀、比例调速阀等液压阀的引入，不可避免地产生溢流损失、节流损失、泄漏损失等能量损失，造成液压系统整体效率较低。因此，如何在确保推进系统正确高效完成掘进任务的情况下实现推进液压系统的节能控制也是盾构掘进中的一个关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种盾构机推进液压系统，通过采用变频器控制变频电机的转速来调节定量泵的输出流量，使液压泵的输出流量与盾构机推进系统的需求流量相匹配，以达到节能的目的。

本发明盾构隧道掘进机节能液压推进系统，包括控制器、变频器、变频电机、定量泵、油箱、第一单向阀、三位四通电磁换向阀、第二两位三通电磁换向阀、比例减压阀、第三单向阀、插装阀、第三两位三通电磁换向阀、梭阀、液控单向阀、第二单向阀、第一液压缸、第二液压缸、压力传感器和安装在第二液压缸内的内置式位移传感器。其中变频器连接变频电机，变频电机经联轴器与定量泵刚性联接，定量泵的吸油口与油箱连通，定量泵的供油口A与第一单向阀的进油口A1连通；第一单向阀的出油口B1分别与三位四通电磁换向阀的进油口P2和第二两位三通电磁换向阀的进油口P3相连；第二两位三通电磁换向阀的回油口T3、三位四通电磁换向阀的回油口T2均与油箱连通；三位四通电磁换向阀的工作油口A2分别与比例减压阀的进油口P7、第三单向阀的出油口B10相连；三位四通电磁换向阀的工作油口B2分别与第一液压缸和第二液压缸的有杆腔以及推进系统其他组液压缸的控制阀QT2相连；第二两位三通电磁换向阀的工作油口A3与液控单向阀的控制口A12相连；第三两位三通电磁换向阀的回油口T5、比例减压阀的泄油口T8、液控单向阀的泄油口T10均与油箱连通；比例减压阀的工作油口A11、第三单向阀的进油口A10均与插装阀的工作油口A6和梭阀的进油口B9相连；比例减压阀的工作油口A11也与推进系统其他组液压缸的控制阀QT3相连；第三两位三通电磁换向阀的工作油口A5与插装阀的控制口X相连；插装阀的工作油口B6与液控单向阀的进油口A7、梭阀的进油口A9相连；梭阀的出油口C1与第三两位三通电磁换向阀的进油口P5相连；第二单向阀的出油口B8、液控单向阀的出油口B7、压力传感器均与第一液压缸和第二液压缸的无杆腔相连；压力传感器、内置式位移传感器均与控制器的输入端相连；控制器的输出端分别与变频器、比例减压阀的控制端相连。本发明盾构隧道掘进机节能液压推进系统与现有技术不同之处在于本发明采用压力传感器、内置式位移传感器将检测到的信号输出给控制器，由控制器控制变频器，变频器控制变频电机的转速来调节定量泵的输出流量，使液压泵的输出流量与盾构机推进系统的需求流量相匹配，不会产生多余的流量，最大限度地避免能量损失，以实现节能。本发明通过控制器控制变频器和比例减压阀，来实现输出流量和工作压力的连续可调，从而使盾构机能够适应各种复杂地层的变化，满足不同地质条件下对推进系统的需要。由于采用变频电机及定量泵作为动力源，省去了节流元件，使系统结构相对简单，可靠性更高；由于该系统采用定量泵，定量泵的效率要高于变量泵的效率，所以液压系统回路效率高。