[发明专利]土压平衡盾构机比例控制高精度推进液压系统及控制方法

权利要求书

1.一种土压平衡盾构机比例控制高精度推进液压系统，包括：PLC控制器、变量泵（1）、过滤器（2）、溢流阀（3）、比例减压阀（4）、单向阀（5）、液控单向阀（6）、二位三通电磁换向阀（7）、三位四通电液换向阀（8）、压力传感器（9）、位移传感器（10）、执行机构（11），变量泵（1）作为主动力源为系统供能，位移传感器（10）布置在执行机构（11）上，可检测执行机构（11）的位移和移动速度，并将位移和移动速度信号反馈给PLC控制器，PLC控制器输出端与变量泵（1）连接，可调整变量泵（1）输出流量大小，变量泵（1）与位移传感器（10）构成闭环控制；变量泵（1）的输出管路与比例减压阀（4）的输入管路连接，压力传感器（9）可实时监测执行机构（11）的压力，并将压力信号反馈给PLC控制器，PLC控制器控制比例减压阀（4）根据负载的变化对系统的压力做出调整，用比例减压阀（4）进行分区控制以调整盾构机各区的推进压力，比例减压阀（4）与压力传感器（9）构成闭环实时监测；变量泵（1）的输出管路通过溢流阀（3）回油；比例减压阀（4）的输出管路与三位四通电液换向阀（8）的P端连接；第一单向阀（5.1）作为背压阀使用，其一端与三位四通电液换向阀（8）的T端连接，另一端与回油管路连接，使三位四通电液换向阀（8）换向平稳，第二单向阀（5.2）的输入、输出端分别与第一单向阀（5.1）和第一液控单向阀（6.1）连接，用于隔绝油路；二位三通电磁单向阀（7）与第一液控单向阀（6.1）及三位四通电液换向阀（8）连接，控制此回路通断并起到泄压作用，防止由推进模式进入拼装模式时压力过大发生危险，并使执行机构（11）快速缩回，第二液控单向阀（6.2）一端与三位四通电液换向阀（8）的A端连接，另一端与执行机构（11）的无杆腔连接，实现对执行机构（11）的单向锁紧，防止执行机构（11）意外缩回；三位四通电液换向阀（8）的B端与执行机构（11）的有杆腔连接。

2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机比例控制高精度推进液压系统，其特征在于： PLC控制器通过放大器对比例减压阀和变量泵进行控制。

3.利用权利要求1或2所述的土压平衡盾构机比例控制高精度推进液压系统进行控制的方法，其特征在于：

1）盾构机分为推进和拼装两种工作模式，在推进模式下，PLC控制器控制执行机构为盾构机提供前进的动力，并且与刀盘螺旋输送机配合，提供与土层相平衡的压力，保持实现土压平衡施工；

2）通过安装于执行机构的位移传感器检测盾构机的开挖进尺以及移动速度、通过压力传感器实时监测执行机构的压力，并将其反馈给PLC控制器，PLC控制器通过控制比例减压阀对系统压力作出调整，改变执行机构移动速度、改变分区的压力比例和进行执行机构的不同组合以改变推力的大小以及推力的方向，使盾构机按照指定的路线轨迹做轴线前进，包括转弯、曲线行进、姿态控制、纠偏以及直线推进时的同步运动；

3）在拼装模式下，通过PLC控制器控制安装混凝土管片所对应的执行机构活塞杆快速缩回，其它执行机构的撑靴保持足够压力与混凝土管片接触，以确保拼装模式下混凝土管片的安全、混凝土管片之间密封的压力并维持开挖室里的限定压力；当一片混凝土管片安装完毕，重新伸出活塞杆与混凝土管片接触并施加压力时，控制执行机构的撑紧压力，避免盾构机向前移动、损坏拼装机的安装臂或造成己安装好的混凝土管片开裂。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：在推进模式下，通过直接控制变量泵的斜盘摆角，实现执行机构移动速度的控制。