一种变转速驱动盾构刀盘节能液压控制系统.pdf

本发明公开了一种变转速驱动盾构刀盘节能液压控制系统。包括变转速电机、双向液压泵、单向阀、液压马达、液压锁、换向阀、溢流阀组成的主液压回路和补油回路。驱动双向液压泵的异步电动机输出转速采用变转速控制，根据刀盘切削土体所需要的转速来实时调整转速控制器输出信号改变异步电机转速，从而控制双向液压泵输出的流量，驱动液压马达输出刀盘克服负载所需要的力矩和转速。主液压回路采用闭式液压回路，通过双向液压泵直接将液压马达排油口的油液送入马达的吸油口，减小液压系统泵站的体积。设置高低两档工作压力供盾构刀盘在软土和硬岩两种不同地质条件中工作的需要。采用变转速控制，液压泵输出的流量与刀盘负载功率相匹配，节能效果明显。

1.  一种变转速驱动盾构刀盘节能液压控制系统，其特征在于：其主回路中的变转速电机(1)经联轴器(2)与双向液压泵(3)相连；第一单向阀(7)和第二单向阀(9)的进油口相串接，第三单向阀(21)和第四单向阀(23)的出油口相串接；双向液压泵(3)的一端与第一单向阀(7)的出油口、第三单向阀(21)的进油口并接后，串接第一液控单向阀(25)与液压马达(26)的一个油口相连；双向液压泵(3)的另一端与第二单向阀(7)的出油口、第四单向阀(21)的进油口并接后，串接第二液控单向阀(29)与液压马达(26)的另一个油口相连；高压溢流阀(39)的进油口和低压溢流阀(37)的进油口分别经过三位四通换向阀(33)A口和B口后，与第三单向阀(21)的出油口P8口、第四单向阀(21)的出油口P6口连接，高压溢流阀(39)的出油口和低压溢流阀(37)的出油口与油箱连接；第一单向阀(7)的进油口P1口和第二单向阀(9)的进油口P3口与补油回路相连。

2.  根据权利要求1所述的一种变转速驱动盾构刀盘节能液压控制系统，其特征在于：所述的补油回路，其电机(19)与补油泵(18)相连，补油泵(18)的一端接油箱(38)、补油泵(18)的另一端经第五单向阀(17)和蓄能器(12)一起接第一单向阀(7)的进油口P1口和第二单向阀(9)的进油口P3口，补油溢流阀(16)的一端接油箱(38)，补油溢流阀(16)的另一端接第五单向阀(17)出油口。

一种变转速驱动盾构刀盘节能液压控制系统
技术领域
本发明涉及流体压力执行机构，尤其是涉及一种变转速驱动盾构刀盘节能液压控制系统。
背景技术
盾构刀盘驱动系统是盾构机的重要组成部分，承担着驱动刀盘旋转切削开挖面土体搅拌密封舱内土体的任务。具有功率大、功率变化范围宽的特点。刀盘的驱动系统必须具有高可靠性和良好的操作性能，若采用阀控马达液压驱动，则系统功率将按所需的最大功率设计，在遇到欠负载工况下，回路存在较大的溢流损失和节流损失，系统效率低下，大量的功率将通过热的形式耗散，使系统发热严重，进而影响盾构推进速度。
变转速液压动力传动能够根据负载的工作需要来调节液压泵的输入流量，无节流损失，因而体现了比阀控液压系统更高的节能效果。此外，与传统变排量式控制相比，由于在低速运行状态下液压泵与电机的摩擦等损耗均比高速时小，所以有着更大的节能潜力。变转速容积调速技术通过改变驱动泵电机的转速，调节泵输出流量的大小，从而实现负载运行速度的调节，适合盾构刀盘工况的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变转速驱动盾构刀盘节能液压控制系统，采用变转速技术实现容积调速的盾构刀盘驱动用闭式液压控制系统，系统输出扭矩和转速可适时调节以满足变化负载工作需要。
本发明所采用的技术方案是：
其主回路中的变转速电机经联轴器与双向液压泵相连；第一单向阀和第二单向阀的进油口相串接，第三单向阀和第四单向阀的出油口相串接；双向液压泵的一端与第一单向阀的出油口、第三单向阀的进油口并接后，串接第一液控单向阀与液压马达的一个油口相连；双向液压泵的另一端与第二单向阀的出油口、第四单向阀的进油口并接后，串接第二液控单向阀与液压马达的另一个油口相连；高压溢流阀的进油口和低压溢流阀的进油口分别经过三位四通换向阀A口和B口后，与第三单向阀的出油口P8口、第四单向阀的出油口P6口连接，高压溢流阀的出油口和低压溢流阀的出油口与油箱连接；第一单向阀的进油口P1口和第二单向阀的进油口P3口与补油回路相连。
所述的补油回路，其电机与补油泵相连，补油泵的一端接油箱、补油泵的另一端经第五单向阀和蓄能器一起接第一单向阀的进油口P1口和第二单向阀的进油口P3口，补油溢流阀的一端接油箱，补油溢流阀的另一端接第五单向阀出油口。
本发明具有的有益效果是：
1)采用变转速容积调速技术控制盾构刀盘驱动液压马达转速，根据盾构掘进工况实时调整电机变转速器输出信号控制液压泵输出流量的大小以适应不同地质条件下掘进时的不同功率需求，不会产生多于流量，能最大限度地避免能量损失；
2)采用双向液压泵作为液压动力能源，省去了节流元件，系统结构简单，可靠性高；
3)采用液控单向阀组成的液压锁能实现刀盘双向快速制动，有利于掘进过程中故障紧急处理；
4)采用变转速技术控制液压马达转速，能够实现连续高精度调速；
5)适合于从软土到硬岩各种工况条件下刀盘驱动。
附图说明
附图是本发明的变转速驱动盾构刀盘节能液压控制系统结构原理图。图中：1.变转速电机，2.联轴器，3.双向液压泵，7、9、21、23、17为单向阀，12.蓄能器，16.补油溢流阀，18.补油泵，19.电机，25、29为液控单向阀，26.双向液压马达，33.三位四通换向阀，37、低压溢流阀，38、油箱，39、高压溢流阀，27、28为控制油路，4、5、6、8、10、11、13、14、15、20、22、24、30、31、32、34、35、36为管路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如附图所示，本发明其主回路中的变转速电机1经联轴器2与双向液压泵3相连；第一单向阀7和第二单向阀9的进油口相串接，第三单向阀21和第四单向阀23的出油口相串接；双向液压泵3的一端与第一单向阀7的出油口、第三单向阀21的进油口并接后，串接第一液控单向阀25与液压马达26的一个油口相连；双向液压泵3的另一端与第二单向阀7的出油口、第四单向阀21的进油口并接后，串接第二液控单向阀29与液压马达26的另一个油口相连；高压溢流阀39的进油口和低压溢流阀37的进油口分别经过三位四通换向阀33A口和B口后，与第三单向阀21的出油口P8口、第四单向阀21的出油口P6口连接，高压溢流阀39的出油口和低压溢流阀37的出油口与油箱连接；第一单向阀7的进油口P1口和第二单向阀9的进油口P3口与补油回路相连。
所述的补油回路，其电机19与补油泵18相连，补油泵18的一端接油箱38、补油泵18的另一端经第五单向阀17和蓄能器12一起接第一单向阀7的进油口P1口和第二单向阀9的进油口P3口，补油溢流阀16的一端接油箱38，补油溢流阀16的另一端接第五单向阀17出油口。
本发明的工作原理如下：
当调节变转速电机1的旋转方向，经联轴器2带动双向液压泵3正向旋转时，液压泵3通过管路5从液压马达26的出油口以及补油管路10吸油，双向液压泵3通过管路4将吸入的油液经液控单向阀25和管路30泵入液压马达高压油口，驱动马达正向旋转。此时，液控单向阀29的控制油路28与管路4相连，在高压油作用下液控单向阀29反向导通。通过调节变转速电机1的转速，双向液压泵3的吸油和排油流量也随之发生变化，从而调节液压马达26以及刀盘的转速，使其与负载工况相适应。三位四通换向阀33左边电磁铁通电时，三位四通换向阀33的P口与A口接通，管路4中的高压油一部分经管路20进入第三单向阀21油口P7，再从第三单向阀21油口P8流出经过管路22、32以及三位四通换向阀33流进高压溢流阀39进油口，当达到系统设定压力时，高压溢流阀39开启，管路4中的压力油经溢流阀39流回油箱，溢流阀39起限压作用，此时刀盘系统可工作在大扭矩工况。三位四通换向阀33右边电磁铁通电时，三位四通换向阀33的P口与B口接通，管路4中的高压油一部分经管路20进入第三单向阀21油口P7，再从第三单向阀21油口P8流出经过管路22、32以及三位四通换向阀33流进低压溢流阀37进油口，当达到系统设定压力时，低压溢流阀37开启，管路4中的压力油经溢流阀37流回油箱，溢流阀37起限压作用，此时刀盘系统可工作在小扭矩工况。
当调节变转速电机1的旋转方向，使其带动双向液压泵3反向旋转时，双向液压泵3通过管路4从液压马达26的出油口以及补油管路6吸油，泵3通过管路5将吸入的油液经液控单向阀29和管路31泵入液压马达高压油口，驱动马达反向旋转。此时，液控单向阀25的控制油路27与管路5相连，在高压油作用下液控单向阀25反向导通。通过调节变转速电机1的转速，双向液压泵3的吸油和排油流量也随之发生变化，从而调节液压马达26以及刀盘的转速，使其与负载工况相适应。三位四通换向阀33左边电磁铁通电时，三位四通换向阀33的P口与A口接通，管路5中的高压油一部分经管路24进入第四单向阀23油口P5，再从第四单向阀23油口P6流出经过管路22、32以及三位四通换向阀33流进高压溢流阀39进油口，当达到系统设定压力时，高压溢流阀39开启，管路5中的压力油经溢流阀39流回油箱，溢流阀39起限压作用，此时刀盘系统可工作在大扭矩工况。三位四通换向阀33右边电磁铁通电时，三位四通换向阀33的P口与B口接通，管路5中的高压油一部分经管路24进入第四单向阀23油口P5，再从第四单向阀23油口P6流出经过管路22、32以及三位四通换向阀33流进低压溢流阀37进油口，当达到系统设定压力时，低压溢流阀37开启，管路5中的压力油经溢流阀37流回油箱，溢流阀37起限压作用，此时刀盘系统可工作在小扭矩工况。
当三位四通换向阀33电磁铁断电时，系统卸荷，在液控单向阀25、29的共同作用下液压马达快速稳定制动。
考虑到液压系统工作时存在泄漏，因此本系统设置了相应的补油回路。补油泵18输出的液压油经过单向阀17流进管路14、15，蓄能器12通过管路13与管路14连接，单向阀7油口P2通过管路6与管路4连接，单向阀9油口P4通过管路10与管路5连接，单向阀7、9油口P1、P3通过管路8、11与管路14连接，当需要补油时，管路14中的压力油经管路11、8以及单向阀进入液压泵吸油腔，同时，管路15中的压力油流进补油溢流阀16进油口，补油压力由补油溢流阀16调定。由于单向阀7、9的存在，系统可以实现双向补油。蓄能器12起保压作用。