[发明专利]一种盾构管片拼装机回转运动电液控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及流体压力执行机构，具体的说是涉及盾构管片拼装机回转运动的电液控制系统。

背景技术

盾构机是在可移动钢结构护盾掩护下完成开挖、排碴、衬砌等掘进作业，用于隧道开挖和成形的光机电液一体化大型复杂装备，可实现复杂地质条件和多场耦合等地下极端环境中的自动化和工厂化隧道作业，运用盾构机掘进隧道具有进尺速度快、施工工期短、对环境影响程度低、综合经济效益高等优点，是目前国内外进行隧道施工的主要选择。

管片拼装机是盾构机中关键的一部分，负责管片的拼装工作。在盾构施工过程中，随着盾构机的开挖、推进和出碴，挖好的隧道需要用预先制好的混凝土管片进行永久性支护，管片拼装机负责将管片准确地安装到刚开挖的隧道表面，施工人员将移动到位的管片用螺栓等进行紧固，使管片构成能够承受地层压力的衬彻。为了实现这些功能，管片拼装机需要具有六个自由度，且在工作时，首先从管片运输车上抓取管片，之后通过沿隧道轴向、隧道径向的移动和绕隧道轴向的回转将管片送至目标位置，然后通过俯仰、偏转和横摇三种姿态调整方式对管片姿态进行调整，使其与预定位置配合良好。

由于管片拼装机回转系统具有管片质量大、回转半径大且回转角度大的特点，因而导致其转动惯量大且负载力矩大，系统在启动阶段会有很大的冲击力矩，不易进行控制。且现行管片拼装机回转运动采用开环控制系统的转速，通过手动控制比例阀的油口开度控制进入液压马达的流量，进一步控制马达转速，由于系统转动惯量大且负载力矩大，系统在启动时存在很大的冲击力矩；另一方面，现行管片拼装回转运动电液控制系统在启动时，由于系统压力不会瞬间建立，平衡阀的开启有一延迟，系统在这一阶段会出现速度振荡，导致振荡冲击。因此，现行管片拼装机回转运动电液控制系统在此方面仍然存在较大的改进空间。

为了更好地延长管片拼装机回转运动电液控制系统的寿命，关键是降低系统启动阶段的冲击力矩，通过对系统控制方式进行改进及液压回路的改进，对降低系统启动阶段的冲击力矩具有重大意义。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种管片拼装机回转运动电液控制系统，本系统能够有效避免系统在启动时产生较大冲击力矩，且解决了启动时存在的冲击振荡问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种盾构管片拼装机回转运动电液控制系统，其特征在于：包括电机、定量泵、溢流阀A、油箱、三位四通比例换向阀、液压马达、速度传感器、第一平衡阀、第二平衡阀、第一蓄能器、第二蓄能器、第一溢流阀B、第二溢流阀B以及变速积分比例积分控制器；其中，所述电机与定量泵刚性连接；所述定量泵的吸油口与所述油箱相连，其出油口分别与溢流阀A、三位四通比例换向阀的进油口相连；所述三位四通比例换向阀的中位机能为Y型机能，其两个出油口分别与第一平衡阀、第二平衡阀相连，且控制端由变速积分比例积分控制器进行控制；所述第一平衡阀、第二平衡阀的进油口与所述三位四通比例换向阀相连，且两个平衡阀出油口分别与所述液压马达两侧的管路相连；所述第一蓄能器连通在液压马达与第一平衡阀之间的管路上，所述第二蓄能器连通在液压马达与第二平衡阀之间的管路上；所述第一溢流阀B、第二溢流阀B被分别连接于所述液压马达两侧的管路上，且第一溢流阀B与第二溢流阀B的进出油口方向相反；所述速度传感器用于获取液压马达当前转速，其被固定安装于所述液压马达的输出轴上。

进一步，作为本发明的优选方案，

所述变速积分比例积分控制器实施速度控制的具体方法为

在第k时刻，所述变速积分比例积分控制器的控制算法为：

其中：u(k)为控制器的输出值，T为采样时间，e(k)为在k时刻给定的速度信号r与速度传感器检测到的速度v_实的差值函数即e(k)＝r-v_实，上述公式以比例积分控制器的比例作用常数K_P作为所述变速积分比例积分控制器的比例系数，函数f[e(k)]为变速积分比例积分控制器第k时刻的积分作用系数，则变速积分比例积分控制器第k时刻的积分系数为f[e(k)]×K_I，K_I为比例积分控制器的积分作用常数，且

与现有技术相比，本发明的有益效果：