螺旋机驱动双速马达系统及其控制方法与流程

本发明涉及盾构机技术领域，尤其涉及一种螺旋机驱动双速马达系统及其控制方法。

背景技术：

螺旋机是盾构机上一个重要组成部分，它的作用是盾构机刀盘在掘进的时候将泥土运送到外界，根据工况的不同，盾构机上的螺旋机马达有时需要低速大扭矩的输出，有时需要高速低扭矩的输出，但普通的盾构机螺旋机马达液压系统并不能完全满足要求，特别是不能满足高速低扭矩的需求。

传统的单排量马达一般是按最大扭矩输出来选型的，在动力泵排量确定和电机功率、转速确定的情况下，当盾构螺旋机的液压马达需要低扭矩高转速输出时，单排量液压马达的最高转速不足，造成螺旋机出土速度缓慢。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种螺旋机驱动双速马达系统及其控制方法，主要解决盾构机螺旋机使用单排量液压马达系统从而造成出土缓慢的问题。

本发明提出一种螺旋机驱动双速马达系统，包括高压油源、液压泄油系统、液压回油系统和单独回油箱泄油系统，所述高压油源的出油口通过管道分别连接正反转回路、高速低扭矩调速回路和两级调压回路的进油口，所述正反转回路的出油口通过管道分别连接回油背压回路和液压马达的进油口，所述高速低扭矩调速回路的出油口通过管道与所述液压马达的x口连接，所述两级调压回路、高速低扭矩调速回路以及回油背压回路通过管道连接液压泄油系统，所述液压马达通过管路连接液压回油系统，所述液压马达的y口通过管道连接单独回油箱泄油系统。

在一些实施方式当中，所述正反转回路包括第一电磁阀、第一插装阀、第二插装阀、第三插装阀和第四插装阀，所述高压油源的出油口通过管道分别和第二插装阀的a口和第三插装阀的a口连接，所述第一插装阀和所述第二插装阀的b口与所述液压马达的a口连接，所述第三插装阀和所述第四插装阀的b口与所述液压马达的r口连接，所述第二插装阀和所述第四插装阀的c口与所述第一电磁阀的b口连接，所述第一插装阀和所述第三插装阀的c口与所述第一电磁阀的a口连接，所述高压油源与所述第一电磁阀的p口连接，所述第一电磁阀的t口与液压泄油系统连接。

在一些实施方式当中，所述两级调压回路包括第六插装阀、第二电磁阀、第一溢流阀和第二溢流阀，所述第六插装阀的a口和所述高速低扭矩调速回路的进油口连接，所述第六插装阀的c口与第六插装阀的a口通过管路相连，所述第一溢流阀的进油口、第二电磁阀的a口与所述第六插装阀的c口连接，所述第二电磁阀的b口与所述第二溢流阀的进油口连接，所述第一溢流阀和所述第二溢流阀的出油口与液压泄油系统连接。

在一些实施方式当中，所述回油背压回路包括第五插装阀、两个单向节流阀、以及第三溢流阀，所述第一插装阀以及所述第四插装阀的a口和第五插装阀的a口连接，所述第五插装阀以及所述第六插装阀的b口通过管路与所述液压回油系统连接，所述第五插装阀的a口和所述第五插装阀的c口连接，所述单向节流阀、单向节流阀以及第三溢流阀依次连接，单向节流阀、单向节流阀之间的连接管路与第五插装阀的c口连接，所述第三溢流阀的出油口连接液压泄油系统。

在一些实施方式当中，所述高速低扭矩调速回路包括通过管路依次连接单向节流阀、减压阀以及第三电磁阀，所述单向节流阀的另一端与高压油源连接，所述减压阀的泄油口和所述第二插装阀以及所述第四插装阀的c口连接，所述第三电磁阀的出油口和所述液压马达的x口连接。

在一些实施方式当中，所述液压马达为三个并联的双向马达。

一种控制方法，包括以下两种输出模式：

高扭矩低转速输出：

步骤a，第一电磁阀的sca电磁铁得电，所述第二插装阀和所述第四插装阀上端引入高压油，插装阀两腔隔断。所述第一插装阀和所述第三插装阀上端接通回油，插装阀两腔导通。高压油源泵出高压油，经第三插装阀到达液压马达r口，做功后从液压马达a口流出，再经由第一插装阀流回液压回油系统，液压马达正转；

步骤b，第一电磁阀的scb电磁铁得电，第一插装阀和所述第三插装阀上端引入高压油，插装阀两腔隔断。第二插装阀和所述第四插装阀上端接通回油，插装阀两腔导通。高压油源泵出高压油，经第二插装阀到达液压马达的a口，做功后从液压马达的r口流出，再经由第四插装阀流回液压回油系统，液压马达反转；

步骤c1，所述第三电磁阀关闭，高速低扭矩调速回路不工作，液压马达以高扭矩低转速输出；

高转速低扭矩输出：

步骤a，第一电磁阀的sca电磁铁得电，所述第二插装阀和所述第四插装阀上端引入高压油，插装阀两腔隔断。所述第一插装阀和所述第三插装阀上端接通回油，插装阀两腔导通，高压油源泵出高压油，经第三插装阀到达液压马达r口，做功后从液压马达a口流出，再经由第一插装阀流回液压回油系统，液压马达正转；

步骤b，第一电磁阀的scb电磁铁得电，第一插装阀和所述第三插装阀上端引入高压油，插装阀两腔隔断。第二插装阀和所述第四插装阀上端接通回油，插装阀两腔导通，高压油源泵出高压油，经第二插装阀到达液压马达的a口，做功后从液压马达的r口流出，再经由第四插装阀流回液压回油系统，液压马达反转；

步骤c2，在高压油经插装阀流经马达的同时，一路高压油经过单向节流阀节流后，再经过减压阀减压，最后通过第三电磁阀进入液压马达的x口，液压马达的排量和扭矩减小，油压不变，速度增大：

本发明的有益效果为：设计了高速低扭矩调速回路，盾构机在低扭矩时，高速低扭矩调速回路控制双速液压马达可以让螺旋机出土比普通单排量液压马达系统的螺旋机出土更快，提高了盾构机的工作效率，节省更多的时间成本。

附图说明

图1为本发明螺旋机驱动双速马达系统的连接示意图；

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

根据图1所示,本实施例提出了一种螺旋机驱动双速马达系统，包括高压油源7、液压泄油系统、液压回油系统和单独回油箱泄油系统，所述高压油源7的出油口通过管道分别连接正反转回路、高速低扭矩调速回路和两级调压回路的进油口，所述正反转回路的出油口通过管道分别连接回油背压回路和液压马达18的进油口，所述高速低扭矩调速回路的出油口通过管道与所述液压马达18的x口连接，所述两级调压回路、高速低扭矩调速回路以及回油背压回路通过管道连接液压泄油系统，所述液压马达18通过管路连接液压回油系统，所述液压马达18的y口通过管道连接单独回油箱泄油系统，液压马达18的y口还连接着压力表16和压力传感器17，压力表可查看管路压力，压力传感器17起信号远传作用。

所述正反转回路包括第一电磁阀10、第一插装阀9.1、第二插装阀9.2、第三插装阀9.3和第四插装阀9.4，作用是将插装阀两腔隔断或导通,第一电磁阀10、第一插装阀9.1、第二插装阀9.2、第三插装阀9.3和第四插装阀9.4的出口还连接着节流孔22，节流孔22起缓冲调节作用，所述高压油源的出油口通过管道分别和第二插装阀9.2的a口和第三插装阀9.3的a口连接，所述第一插装阀9.1和所述第二插装阀9.2的b口与所述液压马达18的a口连接，所述第三插装阀9.3和所述第四插装阀9.4的b口与所述液压马达18的r口连接，所述第二插装阀9.2和所述第四插装阀9.4的c口与所述第一电磁阀10的b口连接，所述第一插装阀9.1和所述第三插装阀9.3的c口与所述第一电磁阀10的a口连接，所述高压油源7与所述第一电磁阀10的p口连接，第一电磁阀10起换向作用,所述第一电磁阀10的t口与液压泄油系统连接。

所述两级调压回路包括第六插装阀20.2、第二电磁阀14、第一溢流阀13.1和第二溢流阀13.2，所述第六插装阀20.2的a口和所述高速低扭矩调速回路的进油口连接，所述第六插装阀20.2的c口与第六插装阀20.2的a口通过管路相连，所述第一溢流阀13.1的进油口、第二电磁阀14的a口与所述第六插装阀20.2的c口连接，所述第二电磁阀14的b口与所述第二溢流阀13.2的进油口连接，所述第一溢流阀13.1和所述第二溢流阀13.2的出油口与液压泄油系统连接。

所述回油背压回路包括第五插装阀20.1、两个单向节流阀11.1、11.2以及第三溢流阀12，单向节流阀11.1、11.2起调节流量作用,第三溢流阀12起溢流作用,所述第一插装阀9.1以及所述第四插装阀9.4的a口和第五插装阀20.1的a口连接，所述第五插装阀20.1以及所述第六插装阀20.2的b口通过管路与所述液压回油系统连接，所述第五插装阀20.1的a口和所述第五插装阀20.1的c口连接，所述单向节流阀11.1、单向节流阀11.2以及第三溢流阀12依次连接，单向节流阀11.1、单向节流阀11.2之间的连接管路与第五插装阀20.1的c口连接，所述第三溢流阀12的出油口连接液压泄油系统。

所述高速低扭矩调速回路包括通过管路依次连接单向节流阀27、减压阀25以及第三电磁阀26，所述单向节流阀27的另一端与高压油源7连接，所述减压阀25的泄油口和所述第二插装阀9.2以及所述第四插装阀9.4的c口连接，所述第三电磁阀26的出油口和所述液压马达8的x口连接，所述第三电磁阀26的出油口还连接着测压接头19，可测试管路压力。所述液压马达18为三个并联的双向马达。

并且配合上述的螺旋机驱动双速马达系统，提出了一种控制方法，包括以下两种输出模式：

高扭矩低转速输出：

步骤a，第一电磁阀10的sca电磁铁得电，所述第二插装阀9.2和所述第四插装阀9.4上端引入高压油，插装阀两腔隔断。所述第一插装阀9.1和所述第三插装阀9.3上端接通回油，插装阀两腔导通。高压油源7泵出高压油，经第三插装阀9.3到达液压马达18的r口，做功后从液压马达18的a口流出，再经由第一插装阀9.1流回液压回油系统，液压马达18正转；

步骤b，第一电磁阀10的scb电磁铁得电，第一插装阀9.1和所述第三插装阀9.3上端引入高压油，插装阀两腔隔断。第二插装阀9.2和所述第四插装阀9.4上端接通回油，插装阀两腔导通。高压油源7泵出高压油，经第二插装阀9.2到达液压马达18的a口，做功后从液压马达18的r口流出，再经由第四插装阀9.4流回液压回油系统，液压马达18反转；

步骤c1，所述第三电磁阀26关闭，高速低扭矩调速回路不工作，液压马达18以高扭矩低转速输出；

高转速低扭矩输出：

步骤a，第一电磁阀10的sca电磁铁得电，所述第二插装阀9.2和所述第四插装阀9.4上端引入高压油，插装阀两腔隔断。所述第一插装阀9.1和所述第三插装阀9.3上端接通回油，插装阀两腔导通，高压油源7泵出高压油，经第三插装阀9.3到达液压马达18的r口，做功后从液压马达18的a口流出，再经由第一插装阀9.1流回液压回油系统，液压马达18正转；

步骤b，第一电磁阀10的scb电磁铁得电，第一插装阀9.1和所述第三插装阀9.3上端引入高压油，插装阀两腔隔断。第二插装阀9.2和所述第四插装阀9.4上端接通回油，插装阀两腔导通，高压油源7泵出高压油，经第二插装阀9.2到达液压马达18的a口，做功后从液压马达18的r口流出，再经由第四插装阀9.4流回液压回油系统，液压马达18反转；

步骤c2，在高压油经插装阀流经马达的同时，一路高压油经过单向节流阀27节流后，再经过减压阀25减压，最后通过第三电磁阀26进入液压马达18的x口，液压马达18的排量和扭矩减小，油压不变，速度增大。

工作原理：由于液压马达18的由于x口引入了高压油，液压马达内部机构在x口高压油的影响下，排量会有所变化(常见的是排量会减小一半)，由于液压马达排量的变化，在压力油压力一定，流量改变的情况下，液压马达的扭矩和转速会发生变化，选择适当的排量变化，液压马达就得到了两种输出模式：一为高扭矩低转速输出，一为高转速低扭矩输出，高转速低扭矩的输出模式可以让螺旋机出土比普通单排量液压马达系统的螺旋机出土更快，从而提高盾构机的挖掘效率。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。