一种采用多联泵驱动的闭式节能型盾构推进液压系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用多联泵驱动的闭式节能型盾构推进液压系统，包括电机、多联变量泵、单向阀、溢流阀、液压缸。推进系统实行分区控制，各区采用单独油源供油，系统既可以各区独立控制，又可以实现区间协调控制。由于多联变量泵同轴连接，在设定排量相同的情况下很容易实现各个分区推进液压缸的同步动作。本发明中的推进系统不仅能够实现推进速度的无级实时可调，而且由于采用变量泵控制液压缸的闭式容积调节系统，结构紧凑，体积小，避免了现有系统采用节流元件进行流量调节时所造成的能量浪费，具有明显节能效果，能有效改善作业环境，特别适合应用于盾构掘进机推进系统控制。
【专利说明】一种采用多联泵驱动的闭式节能型盾构推进液压系统
【技术领域】
[0001]本发明属于液压系统【技术领域】，涉及一种流体压力执行机构，具体涉及一种采用多联泵驱动的闭式节能型盾构推进液压系统。
【背景技术】
[0002]盾构是一种专用于地下隧道工程施工的现代化高科技掘进装备。推进系统是盾构重要组成部分，为盾构前进提供推动力。推进系统由众多沿盾构断面周向分布的液压缸作为执行机构输出动力。为了便于协调控制，液压缸通常采取分区控制的方法，通过各区一定数量液压缸的协调顶伸动作来完成盾构掘进姿态控制。因此，推进液压系统液压缸的同步性及协调控制是盾构推进过程中的必修解决的一个关键技术问题。
[0003]盾构推进系统负载大、装机功率高、能耗很大。为了实现推进系统液压缸之间的同步性及协调控制，现有系统采用节流调速元件对各分区液压缸动作实施控制。另一方面，地下隧道施工空间十分有限，对驱动系统结构复杂性和发热提出了较高的要求。现有采用集中油源加分组阀控的液压系统属开式系统，结构复杂，油箱体积很大。由于液压阀口存在较大的节流损失，系统容易发热，不仅浪费了能量、影响了设备寿命，而且恶化了施工环境。因此，如何在确保推进系统正确高效工作的情况下尽量减少对作业环境的影响是盾构掘进中又一关键技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服【背景技术】中盾构推进过程中存在的问题兼顾满足盾构施工要求，提供一种采用多联泵驱动的闭式节能型盾构推进液压系统，该液压系统结构简单，占地空间小，既能实现各分区推进液压缸的同步控制，又可以大幅降低系统能量损失，非常适合盾构推进系统控制。
[0005]为了试下上述目的，本发明所采用的技术方案是:包括电机、多联变量泵以及若干结构相同的分区推进系统；多联变量泵与电机刚性连接，电机的输出轴作为多联变量泵的输入轴；多联变量泵由若干个规格相同的变量泵将输入轴刚性连接而成；每个变量泵控制相对应的分区推进系统，并作为该分区推进系统的单独油源；每个分区推进系统液压回路与其他分区推进系统的液压回路均为相互独立的液压回路。
[0006]所述每个分区推进系统均包括液压缸、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、溢流阀、油箱以及与该推进系统相对应的变量泵；每个推进系统中，变量泵的第一油口分别与液压缸的无杆腔、第一单向阀的进油口以及第三单向阀的出油口相连，第二油口分别与液压缸的有杆腔、第二单向阀的进油口以及第四单向阀的出油口相连；第一单向阀的出油口与溢流阀的进油口相连；溢流阀的出油口分别与第二单向阀的出油口、第三单向阀的进油口、第四单向阀的进油口以及油箱相连。
[0007]所述的推进系统设置有四个分区，并设置四个变量泵；第一变量泵、第二变量泵、第三变量泵以及第四变量泵分别作为四个分区推进系统的单独油源。
[0008]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0009]本发明推进系统各分区分别采用规格相同且输出轴刚性连接的多联变量泵单独油源，可以用多个小排量泵代替传统集中油源推进系统中的大排量泵，易于实现各分区推进液压缸的同步控制。由于各推进系统的液压油路相互独立，因此，推进系统各区既可独立控制，又能协调控制，增加了系统的灵活性。最后，采用变量泵直接驱动推进液压缸，闭式容积调速使系统理论上无能量损失，非常节能，且结构紧凑，油箱体积小，在隧道掘进装备中具有明显优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的单个分区原理图。
[0011]其中:1为电机；2.1为第一变量泵、2.2为第二变量泵、2.3为第三变量泵；2.4为第四变量泵；3为液压缸；4为第一单向阀；5为第二单向阀；6为溢流阀；7为第三单向阀；8为第四单向阀；9为油箱。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图1和实施例对本发明作进一步说明。
[0013]参见图1，本发明包括电机1、多联变量泵以及若干结构相同的分区推进系统；多联变量泵与电机I刚性连接，电机I的输出轴作为多联变量泵的输入轴；多联变量泵由若干个规格相同的变量泵将输入轴刚性连接而成；每个变量泵控制相对应的分区推进系统，并作为该区推进系统的单独油源；每个分区推进系统液压回路与其他推进系统的液压回路均为相互独立的液压回路。每个分区推进系统均包括液压缸3、第一单向阀4、第二单向阀5、第三单向阀7、第四单向阀8、溢流阀6、油箱9以及与该推进系统相对应的变量泵；每个分区推进系统中，变量泵的第一油口 A2分别与液压缸3的无杆腔、第一单向阀4的进油口 P4以及第三单向阀7的出油口 T7相连，第二油口 B2分别与液压缸3的有杆腔、第二单向阀5的进油口 P5以及第四单向阀8的出油口 T8相连；第一单向阀4的出油口 T4与溢流阀6的进油口 P6相连；溢流阀6的出油口 T6分别与第二单向阀5的出油口 T5、第三单向阀7的进油口 P7、第四单向阀8的进油口 P8以及油箱9相连。
[0014]本实施例设置四个推进系统，并相应设置四个变量泵；第一变量泵2.1、第二变量泵2.2、第三变量泵2.3以及第四变量泵2.4分别作为四个分区推进系统的单独油源。
[0015]本发明的工作原理如下:
[0016]盾构向前推进时，电机I通电正向旋转，驱动多联变量泵2正向转动，多联变量泵2一端油口分别连接各分区推进液压缸3有杆腔吸油，另一端油口分别连接各分区推进液压缸3无杆腔压油。通常盾构推进系统分为四个区，此处以附图1中A区为例说明其工作原理，其它各分区工作原理类同。变量泵2.1正转，第二油口 B2将液压缸3有杆腔中的液压油吸出，并经变量泵2.1增压之后从第一油口 A2将高压油输送至液压缸3无杆腔。由于液压缸3有杆腔液压油减少，在无杆腔高压油的作用下活塞杆向右伸出。此时，第四单向阀8开启，油箱9中的液压油经第四单向阀8进油口 P8、出油口 T8流至变量泵2.1第二油口 B2实现补油。第三单向阀7进油口 P7与油箱连接，出油口 T7与变量泵2.1第一油口 A2输出的高压油连接，阀口不打开，无油液流过。第一单向阀4开启，变量泵2.1第一油口 A2输出的高压油一部分经进油口 P4、出油口 T4流过单向阀4，流至溢流阀6进油口 P6。第二单向阀5进油口 P5与变量泵2.1第二油口 B2连接，处于吸油低压状态，出油口 T5与油箱连接，阀口不打开，无油液流过。正常推进情况下，盾构推进液压系统工作压力没有超过溢流阀6设定安全压力值，溢流阀6不开启，进油口 P6与出油口 T6不通。当盾构推进过程中出现异常情况导致系统压力高于安全值时，溢流阀6开启，变量泵2.1第一油口 A2流出的油液经溢流阀6的进油口 P6流进溢流阀6，从溢流阀6出油口 T6流回油箱9，实现卸荷，保护系统。
[0017]由于多联变量泵2中的四个变量泵同轴，只要设定四个变量泵排量相同，即可实现各区推进液压缸同步工作。
[0018]当推进过程中盾构需要转弯或姿态调整时，只需独立调节各区流量控制元件液压变量泵的排量即可。如，当需增加A区液压缸推进速度时，通过增大变量泵2.1的排量即可实现。
[0019]当推进液压缸回退时，电机I反向旋转，驱动多联变量泵2反向转动，多联变量泵
2一端油口分别连接各分区推进液压缸3无杆腔吸油，另一端油口分别连接各分区推进液压缸3有杆腔压油。以附图1中A区推进液压缸为例说明其工作原理。变量泵2.1反向转动，第一油口 A2将液压缸3无杆腔中的液压油吸出，并经过变量泵2.1增压之后从第二油口 B2将高压油输送至液压缸3有杆腔。由于液压缸3无杆腔液压油在减少，在有杆腔高压油的作用下活塞杆缩回。由于液压缸3有杆腔与无杆腔工作面积大小不一致，此时第二单向阀5开启，变量泵2.1第二油口 B2流出的高压油一部分至液压缸3有杆腔，多余部分从第二单向阀5进油口 P5、出油口 T5流回油箱9。第一单向阀4进油口 P4与变量泵2.1第一油口 A2连接，处于吸油低压状态，出油口 T4与溢流阀6进油口 P6连接，阀口不打开，无油液流过。第三单向阀7进油口 P7与油箱连接，出油口 T7与变量泵2.1第一油口 A2连接，阀口不打开，无油液流过。第四单向阀8出油口 T8与变量泵2.1第二油口 B2输出的高压油连接，进油口 P8与油箱连接，阀口不打开，无油液流过。
[0020]当各分区推进液压缸需单独回退时，只需独立控制多联变量泵中各分区所对应变量泵的排量，将不回退液压缸所对应变量泵的排量设定为零即可实现。
[0021]当盾构停止推进时，将多联变量泵2中所有变量泵排量设置为零，电机I空转，变量泵输出流量为零，液压缸停止运动。此外，由于第三单向阀7出油口 T7与液压缸3无杆腔相连，进油口 P7连接油箱，反向截止，且单向阀4与溢流阀6连接，溢流阀6不开启，推进液压缸活塞杆不会在外负载作用下缩回。
【权利要求】
1.一种采用多联泵驱动的闭式节能型盾构推进液压系统，其特征在于:包括电机(I)、多联变量泵以及若干结构相同的分区推进系统；多联变量泵与电机(I)刚性连接，电机(I)的输出轴作为多联变量泵的输入轴；多联变量泵由若干个规格相同的变量泵将输入轴刚性连接而成；每个变量泵控制相对应的分区推进系统，并作为该分区推进系统的单独油源；每个分区推进系统液压回路与其他分区推进系统的液压回路均为相互独立的液压回路。
2.根据权利要求1所述的采用多联泵驱动的闭式节能型盾构推进液压系统，其特征在于:所述每个分区推进系统均包括液压缸(3)、第一单向阀(4)、第二单向阀(5)、第三单向阀(7)、第四单向阀(8)、溢流阀(6)、油箱(9)以及与该推进系统相对应的变量泵；每个推进系统中，变量泵的第一油口(A2)分别与液压缸(3)的无杆腔、第一单向阀(4)的进油口(P4)以及第三单向阀(7)的出油口(T7)相连，第二油口(B2)分别与液压缸(3)的有杆腔、第二单向阀(5)的进油口(P5)以及第四单向阀(8)的出油口(T8)相连；第一单向阀(4)的出油口(T4)与溢流阀(6)的进油口(P6)相连；溢流阀(6)的出油口(T6)分别与第二单向阀(5)的出油口(T5)、第三单向阀(7)的进油口(P7)、第四单向阀(8)的进油口(P8)以及油箱(9)相连。
3.根据权利要求1或2所述的采用多联泵驱动的闭式节能型盾构推进液压系统，其特征在于:所述的推进系统设置有四个分区，并设置四个变量泵；第一变量泵(2.1)、第二变量泵(2.2)、第三变量泵(2.3)以及第四变量泵(2.4)分别作为四个分区推进系统的单独油源。
【文档编号】F15B11/17GK104196785SQ201410350773
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】施虎, 李小虎, 杨军 申请人:西安交通大学