專利名稱：用于盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)試驗(yàn)的地層模擬液壓多模式加載系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地層模擬液壓多模式加載系統(tǒng)，尤其是涉及一種用于盾構(gòu)推進(jìn)系 統(tǒng)試驗(yàn)的地層模擬液壓多模式加載系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
加載系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于各種場(chǎng)合，如土力學(xué)實(shí)驗(yàn)的土體加載、金屬材料性能的拉 伸-壓縮加載、軸承壽命測(cè)試的加載等等。加載方法有機(jī)械形式的加載，如通過(guò)機(jī)械傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)對(duì)待加載系統(tǒng)施加推力；有電氣形式的加載，如通過(guò)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)角度量控制的加載； 有流體傳動(dòng)形勢(shì)的加載，如通過(guò)液壓馬達(dá)提供扭矩，通過(guò)液壓缸對(duì)測(cè)試系統(tǒng)施加恒力。由于液壓傳動(dòng)具有功率密度大的特點(diǎn)，即功率-體積比大，而加載系統(tǒng)要求輸出 功率足夠大以實(shí)現(xiàn)加載，因此液壓技術(shù)在加載系統(tǒng)上具有很大的優(yōu)勢(shì)。液壓傳動(dòng)裝置工作 時(shí)候比較平穩(wěn)，沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的巨大沖擊；同時(shí)由于具有液壓過(guò)載保護(hù)，避免了電力傳 動(dòng)中的過(guò)載而燒毀電機(jī)的問(wèn)題。液壓傳動(dòng)能實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速，而機(jī)械傳動(dòng)往往是有 級(jí)的，電力傳動(dòng)雖然可以通過(guò)變頻控制實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，但在大傳動(dòng)比的場(chǎng)合調(diào)節(jié)平穩(wěn)性較 差，所以液壓傳動(dòng)在調(diào)速范圍上具有很大的優(yōu)勢(shì)。液壓傳動(dòng)通過(guò)液壓缸可以方便地實(shí)現(xiàn)直 線運(yùn)動(dòng)，而使用機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，電力傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)可使用直線電機(jī)，但是不能 提供力的加載。傳統(tǒng)的液壓加載系統(tǒng)，通常功能比較單一。如液動(dòng)換向閥的試驗(yàn)臺(tái)是通過(guò)節(jié)流閥 實(shí)現(xiàn)負(fù)載的模擬，液壓壓力加載試驗(yàn)臺(tái)則是通過(guò)溢流閥實(shí)現(xiàn)力的加載。本發(fā)明所提出的用 于盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)試驗(yàn)的地層模擬液壓多模式加載系統(tǒng)，是具有施加多種不同性質(zhì)的負(fù)載的 功能，通用性較好，可以滿足多種應(yīng)用場(chǎng)合的要求。針對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)的兩種掘進(jìn)模式(調(diào)壓推 進(jìn)模式與調(diào)速推進(jìn)模式)，可以選擇以下三種性質(zhì)的模擬負(fù)載進(jìn)行加載調(diào)壓推進(jìn)模式下使 用的由比例調(diào)速閥控制加載液壓缸無(wú)桿腔油口流量的速度負(fù)載，調(diào)速推進(jìn)模式下使用的由 比例溢流法控制加載液壓缸無(wú)桿腔壓力的壓力負(fù)載，以上兩種模式下均可使用的由比例節(jié) 流閥控制加載液壓缸無(wú)桿腔油口的節(jié)流特性的節(jié)流負(fù)載。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)試驗(yàn)的地層模擬液壓多模式加載 系統(tǒng)。通過(guò)選擇三種不同性質(zhì)的模擬負(fù)載進(jìn)行加載，依據(jù)現(xiàn)有實(shí)際施工數(shù)據(jù)用模擬負(fù)載取 代實(shí)際掘進(jìn)地質(zhì)土層，可以方便在試驗(yàn)室模擬盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的調(diào)壓推進(jìn)模式和調(diào)速推進(jìn) 模式，對(duì)新型盾構(gòu)液壓推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，為盾構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)及試驗(yàn)條件。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明包括由推進(jìn)液壓缸組成的液壓推進(jìn)系統(tǒng)，液壓推進(jìn)系統(tǒng)的一個(gè)油口與推進(jìn)液壓 缸無(wú)桿腔連接，液壓推進(jìn)系統(tǒng)的另一個(gè)油口與推進(jìn)液壓缸有桿腔連接；其特征在于還包 括三個(gè)插裝閥、三個(gè)液阻、三個(gè)兩位三通電磁換向閥、三個(gè)梭閥，六個(gè)測(cè)壓口、二個(gè)比例溢流 閥、比例流量閥、比例節(jié)流閥、液壓泵、電機(jī)和加載液壓缸；第一個(gè)比例溢流閥的進(jìn)油口與補(bǔ)油裝置的出油口和單向閥的進(jìn)油口連接，第一個(gè)比例溢流閥的出油口和加載液壓缸的有桿 腔均與油箱連接，單向閥的出油口分別與加載液壓缸的無(wú)桿腔，第一個(gè)插裝閥的油口 al，第 一個(gè)梭閥進(jìn)油口 c2，第二個(gè)測(cè)壓口，第二個(gè)插裝閥的油口 a2，第二個(gè)梭閥進(jìn)油口 c4，第四個(gè) 測(cè)壓口第三個(gè)插裝閥的a3油口，第三個(gè)梭閥進(jìn)油口 c6，第六個(gè)測(cè)壓口連接；第一個(gè)插裝閥 的油口 bl 口與第一測(cè)壓口的進(jìn)油口、第一梭閥的油口 Cl、比例溢流閥的進(jìn)油口連接，第二 個(gè)插裝閥的油口 與測(cè)壓口進(jìn)油口、梭閥油口 c3、比例流量閥的進(jìn)油口連接，第三個(gè)插裝 閥的油口 b3與測(cè)壓口進(jìn)油口、梭閥油口 c5、比例節(jié)流閥的進(jìn)油口連接，第二個(gè)比例溢流閥 的出油口、比例流量閥的出油口、比例節(jié)流閥的出油口與油箱連接，第一個(gè)插裝閥的彈簧腔 與第一個(gè)液阻的油口 rl連接，第一個(gè)液阻的油口 r2與第一個(gè)兩位三通電磁換向閥的油口 Pl連接，第一個(gè)兩位三通電磁換向閥的油口 P2與第一個(gè)梭閥的出油口連接，第一個(gè)兩位三 通電磁換向閥的油口 Tl與油箱連接；第二個(gè)插裝閥的彈簧腔與第二個(gè)液阻6. 2的油口 r3 連接，第二個(gè)液阻的油口 r4與第二個(gè)兩位三通電磁換向閥的油口 p3連接，第二個(gè)兩位三通 電磁換向閥的油口 P4與第二個(gè)梭閥的出油口連接，第二個(gè)兩位三通電磁換向閥的油口 T2 與油箱連接；第三個(gè)插裝閥的彈簧腔與第三個(gè)液阻的油口 r5連接，第三個(gè)液阻的油口 r6與 第三個(gè)兩位三通電磁換向閥的油口 P5連接，第三個(gè)兩位三通電磁換向閥的油口 p6與第三 個(gè)梭閥的出油口連接，第三個(gè)兩位三通電磁換向閥的油口 T3與油箱連接；加載液壓缸與推 進(jìn)液壓缸采用對(duì)頂連接實(shí)現(xiàn)加載。本發(fā)明具有的有益效果是
由于采用閥控技術(shù)實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)節(jié)，從而負(fù)載系統(tǒng)具有較高的頻率響應(yīng)特性；采用液壓 集成設(shè)計(jì)技術(shù)，提高系統(tǒng)的通用性；采用插裝閥技術(shù)，可以使系統(tǒng)適用于大流量工況，而且 可以實(shí)現(xiàn)可靠密封；可以添加或減少具有不同功能的液壓加載單元，便于實(shí)現(xiàn)多模式加載； 整個(gè)總線式液壓集成塊設(shè)置了多個(gè)測(cè)壓口，可方便接入壓力表或壓力傳感器等。
附圖為本發(fā)明液壓原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如附圖所示，包括由推進(jìn)液壓缸14組成的液壓推進(jìn)系統(tǒng)，液壓推進(jìn)系統(tǒng)的一個(gè)油 口 B4與推進(jìn)液壓缸14無(wú)桿腔連接，液壓推進(jìn)系統(tǒng)的另一個(gè)油口 A4與推進(jìn)液壓缸14有桿 腔連接。還包括三個(gè)插裝閥5. 1，5. 2，5. 3、三個(gè)液阻6. 1，6. 2，6. 3、三個(gè)兩位三通電磁換向 閥7. 1，7. 2，7. 3、三個(gè)梭閥11. 1，11. 2，11. 3，六個(gè)測(cè)壓口 12.廣12. 6、二個(gè)比例溢流閥3，8、 比例流量閥9、比例節(jié)流閥10、液壓泵2、電機(jī)1和加載液壓缸13 ；第一個(gè)比例溢流閥3的進(jìn) 油口與補(bǔ)油裝置的出油口和單向閥4的進(jìn)油口連接，第一個(gè)比例溢流閥3的出油口和加載 液壓缸13的有桿腔均與油箱15連接，單向閥4的出油口分別與加載液壓缸13的無(wú)桿腔，第 一個(gè)插裝閥5. 1的油口 al，第一個(gè)梭閥進(jìn)油口 c2，第二個(gè)測(cè)壓口 12. 2，第二個(gè)插裝閥5. 2的 油口 a2，第二個(gè)梭閥進(jìn)油口 c4，第四個(gè)測(cè)壓口 12. 4第三個(gè)插裝閥5.3的a3油口，第三個(gè)梭 閥進(jìn)油口 c6，第六個(gè)測(cè)壓口 12. 6連接；第一個(gè)插裝閥5.1的油口 bl 口與第一測(cè)壓口 12.1 的進(jìn)油口、第一梭閥11. 1的油口 Cl、比例溢流閥8的進(jìn)油口連接，第二個(gè)插裝閥5. 2的油口 Μ與測(cè)壓口 12. 3進(jìn)油口、梭閥11. 2油口 c3、比例流量閥9的進(jìn)油口連接，第三個(gè)插裝閥 5.3的油口b3與測(cè)壓口 12. 5進(jìn)油口、梭閥11. 3油口 c5、比例節(jié)流閥10的進(jìn)油口連接，第 二個(gè)比例溢流閥8的出油口、比例流量閥9的出油口、比例節(jié)流閥10的出油口與油箱15連 接，第一個(gè)插裝閥5. 1的彈簧腔與第一個(gè)液阻6. 1的油口 rl連接，第一個(gè)液阻6. 1的油口 r2與第一個(gè)兩位三通電磁換向閥7. 1的油口 pi連接，第一個(gè)兩位三通電磁換向閥7. 1的 油口 p2與第一個(gè)梭閥11. 1的出油口連接，第一個(gè)兩位三通電磁換向閥7. 1的油口 Tl與油 箱15連接；第二個(gè)插裝閥5. 2的彈簧腔與第二個(gè)液阻6. 2的油口 r3連接，第二個(gè)液阻6. 2 的油口 r4與第二個(gè)兩位三通電磁換向閥7. 2的油口 p3連接，第二個(gè)兩位三通電磁換向閥 7. 2的油口 p4與第二個(gè)梭閥11. 2的出油口連接，第二個(gè)兩位三通電磁換向閥7. 2的油口 T2與油箱15連接；第三個(gè)插裝閥5. 3的彈簧腔與第三個(gè)液阻6. 3的油口 r5連接，第三個(gè) 液阻6. 3的油口 r6與第三個(gè)兩位三通電磁換向閥7. 3的油口 p5連接，第三個(gè)兩位三通電 磁換向閥7. 3的油口 p6與第三個(gè)梭閥11. 3的出油口連接，第三個(gè)兩位三通電磁換向閥7. 3 的油口 T3與油箱15連接；加載液壓缸13與推進(jìn)液壓缸14采用對(duì)頂連接實(shí)現(xiàn)加載。第一個(gè)插裝閥5. 1，第一個(gè)梭閥11. 1，第一個(gè)液阻6. 1，第一個(gè)兩位三通電磁換向 閥7. 1，第二個(gè)比例溢流閥8構(gòu)成調(diào)壓推進(jìn)模式下的速度負(fù)載模塊；第二個(gè)插裝閥5. 2，第二 個(gè)梭閥11. 2，第二個(gè)液阻6. 2，第二個(gè)兩位三通電磁換向閥7. 2，比例流量閥9構(gòu)成調(diào)速推進(jìn) 模式下的壓力負(fù)載，第三個(gè)插裝閥5. 3，第三個(gè)梭閥11. 3，第三個(gè)液阻6. 3，第三個(gè)兩位三通 電磁換向閥7. 3，比例節(jié)流閥10構(gòu)成調(diào)壓推進(jìn)模式與調(diào)速推進(jìn)模式下均可采用的比例節(jié)流 閥負(fù)載模塊。本發(fā)明針對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)的兩種掘進(jìn)模式(調(diào)壓推進(jìn)模式與調(diào)速推進(jìn)模式)，可以設(shè)置 不同的模擬負(fù)載。調(diào)壓推進(jìn)模式下的速度負(fù)載盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，若遇到土壓平衡控制要求較高的 場(chǎng)合，需要對(duì)推進(jìn)液壓缸進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，即調(diào)壓推進(jìn)模式，以精確控制開挖面的土壓力，以 防止地面隆起或者坍塌。此時(shí)壓力為推進(jìn)液壓缸的可控量，而流量由實(shí)際土層的開挖條件 決定?？赏ㄟ^(guò)控制加載液壓缸的通流流量，以實(shí)現(xiàn)實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程中的負(fù)載模擬。工作原理 是兩位三通電磁換向閥7. 2的電磁鐵得電，選通比例調(diào)速閥9，調(diào)節(jié)比例流量閥9的輸入信 號(hào)即可獲得連續(xù)變化的流量控制，即速度負(fù)載。調(diào)速推進(jìn)模式下的壓力負(fù)載盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，若遇到穩(wěn)定性較好的地層，或?qū)Φ?面變形要求不高的場(chǎng)合(如荒地)，可以采用對(duì)推進(jìn)液壓缸進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，即調(diào)速推進(jìn)模式， 進(jìn)行推進(jìn)。目的是可以以系統(tǒng)最大推進(jìn)速度進(jìn)行推進(jìn)，縮短施工周期以提高生產(chǎn)率，此外， 調(diào)速推進(jìn)模式也更為方便地實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)的掘進(jìn)軌跡控制。此時(shí)流量為推進(jìn)液壓缸的可控量， 而壓力由實(shí)際土層的開挖條件決定?？赏ㄟ^(guò)控制加載液壓缸的壓力，以實(shí)現(xiàn)實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程 中的負(fù)載模擬。工作原理是兩位三通電磁換向閥7. 1的電磁鐵得電，選通比例溢流閥8，在 加載液壓缸始終處于縮回運(yùn)動(dòng)的前提下，調(diào)節(jié)比例溢流閥8的輸入信號(hào)即可獲得連續(xù)變化 的被動(dòng)壓力負(fù)載。此時(shí)，推進(jìn)液壓缸14應(yīng)推動(dòng)加載液壓缸13向左運(yùn)動(dòng)。只要該向左運(yùn)動(dòng)消 失，如液壓缸停留在某個(gè)位置，則多功能負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)所調(diào)定的壓力，由于液壓泄漏， 不能持續(xù)保持在調(diào)定值上。比例節(jié)流閥負(fù)載調(diào)壓推進(jìn)模式與調(diào)速推進(jìn)模式下，都可采節(jié)流閥作為負(fù)載來(lái)進(jìn) 行加載調(diào)壓推進(jìn)模式下，加載液壓缸輸入量為壓力，輸出量為流量，流量大小根據(jù)節(jié)流口的壓力——流量特性決定；而調(diào)速推進(jìn)模式下，加載液壓缸輸入量為流量，輸出量為壓力， 壓力大小同樣根據(jù)節(jié)流口的壓力——流量特性決定。節(jié)流口大小可以通過(guò)電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí) 調(diào)節(jié)。工作原理是兩位三通電磁換向閥7. 3的電磁鐵得電，選通比例節(jié)流閥10，可獲得節(jié)流 閥作為負(fù)載的加載，可通過(guò)改變節(jié)流口的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)加載。
權(quán)利要求
1. 一種用于盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)試驗(yàn)的地層模擬液壓多模式加載系統(tǒng)，包括由推進(jìn)液壓缸 (14)組成的液壓推進(jìn)系統(tǒng)，液壓推進(jìn)系統(tǒng)的一個(gè)油口(B4)與推進(jìn)液壓缸(14)無(wú)桿腔連接， 液壓推進(jìn)系統(tǒng)的另一個(gè)油口(A4)與推進(jìn)液壓缸(14)有桿腔連接；其特征在于還包括三 個(gè)插裝閥(5. 1，5. 2，5. 3)、三個(gè)液阻(6. 1，6. 2，6. 3)、三個(gè)兩位三通電磁換向閥(7. 1,7.2, 7. 3)、三個(gè)梭閥(11. 1，11. 2，11. 3)，六個(gè)測(cè)壓口(12.廣12. 6)、二個(gè)比例溢流閥(3，8)、比例 流量閥(9)、比例節(jié)流閥(10)、液壓泵(2)、電機(jī)(1)和加載液壓缸(13)；第一個(gè)比例溢流閥 (3)的進(jìn)油口與補(bǔ)油裝置的出油口和單向閥(4)的進(jìn)油口連接，第一個(gè)比例溢流閥(3)的出 油口和加載液壓缸(13)的有桿腔均與油箱(15)連接，單向閥(4)的出油口分別與加載液 壓缸(13)的無(wú)桿腔，第一個(gè)插裝閥(5. 1)的油口 al，第一個(gè)梭閥進(jìn)油口 c2，第二個(gè)測(cè)壓口 (12. 2)，第二個(gè)插裝閥(5. 2)的油口 a2，第二個(gè)梭閥進(jìn)油口 c4，第四個(gè)測(cè)壓口( 12. 4)第三個(gè) 插裝閥(5. 3)的a3油口，第三個(gè)梭閥進(jìn)油口 c6，第六個(gè)測(cè)壓口(12. 6)連接；第一個(gè)插裝閥 (5. 1)的油口 bl 口與第一測(cè)壓口(12. 1)的進(jìn)油口、第一梭閥(11. 1)的油口 Cl、比例溢流閥 (8)的進(jìn)油口連接，第二個(gè)插裝閥(5. 2)的油口 M與測(cè)壓口(12. 3)進(jìn)油口、梭閥(11. 2)油 口 c3、比例流量閥(9)的進(jìn)油口連接，第三個(gè)插裝閥(5. 3)的油口 b3與測(cè)壓口( 12. 5)進(jìn)油 口、梭閥(11. 3)油口 c5、比例節(jié)流閥(10)的進(jìn)油口連接，第二個(gè)比例溢流閥(8)的出油口、 比例流量閥(9)的出油口、比例節(jié)流閥(10)的出油口與油箱(15)連接，第一個(gè)插裝閥(5. 1) 的彈簧腔與第一個(gè)液阻(6. 1)的油口 rl連接，第一個(gè)液阻(6. 1)的油口 r2與第一個(gè)兩位三 通電磁換向閥(7. 1)的油口 pi連接，第一個(gè)兩位三通電磁換向閥(7. 1)的油口 p2與第一 個(gè)梭閥(11. 1)的出油口連接，第一個(gè)兩位三通電磁換向閥(7. 1)的油口 Tl與油箱(15)連 接；第二個(gè)插裝閥(5. 2)的彈簧腔與第二個(gè)液阻(6. 2)的油口 r3連接，第二個(gè)液阻(6. 2)的 油口 r4與第二個(gè)兩位三通電磁換向閥(7. 2)的油口 p3連接，第二個(gè)兩位三通電磁換向閥 (7. 2)的油口 p4與第二個(gè)梭閥(11. 2)的出油口連接，第二個(gè)兩位三通電磁換向閥(7. 2)的 油口 T2與油箱(15)連接；第三個(gè)插裝閥(5. 3)的彈簧腔與第三個(gè)液阻(6. 3)的油口 r5連 接，第三個(gè)液阻(6. 3)的油口 r6與第三個(gè)兩位三通電磁換向閥(7. 3)的油口 p5連接，第三 個(gè)兩位三通電磁換向閥(7. 3)的油口 p6與第三個(gè)梭閥(11. 3)的出油口連接，第三個(gè)兩位三 通電磁換向閥(7. 3)的油口 T3與油箱(15)連接；加載液壓缸(13)與推進(jìn)液壓缸(14)采用 對(duì)頂連接實(shí)現(xiàn)加載。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)試驗(yàn)的地層模擬液壓多模式加載系統(tǒng)。包括由推進(jìn)液壓缸組成的液壓推進(jìn)系統(tǒng)，液壓推進(jìn)系統(tǒng)的一個(gè)油口與推進(jìn)液壓缸無(wú)桿腔連接，液壓推進(jìn)系統(tǒng)的另一個(gè)油口與推進(jìn)液壓缸有桿腔連接；還包括調(diào)壓推進(jìn)模式下的速度負(fù)載模塊；調(diào)速推進(jìn)模式下的壓力負(fù)載和調(diào)壓推進(jìn)模式與調(diào)速推進(jìn)模式下均可采用的比例節(jié)流閥負(fù)載模塊，三塊模塊與加載液壓缸的無(wú)桿腔連接，加載液壓缸的有桿腔接油箱，加載液壓缸與推進(jìn)液壓缸采用對(duì)頂連接實(shí)現(xiàn)加載。采用閥控技術(shù)實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)節(jié)，從而負(fù)載系統(tǒng)具有較高的頻率響應(yīng)特性；采用插裝閥技術(shù)，使系統(tǒng)適用于大流量工況，實(shí)現(xiàn)可靠密封；通過(guò)添加或減少具有不同功能的液壓加載單元，便于實(shí)現(xiàn)多模式加載。
文檔編號(hào)F15B11/02GK102134999SQ201010613390
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者劉志斌, 楊華勇, 段小明, 王承震, 謝海波 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)