專利名稱：推進進油口側安裝蓄能器的節能盾構液壓推進系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液壓節能盾構液壓推進系統，尤其是涉及一種推進進油口側安裝蓄能器的節能盾構液壓推進系統。
背景技術：
盾構廣泛應用在城市地鐵的施工建設。盾構的液壓推進系統是其重要組成部分之一，起著提供掘進推力、控制土壓平衡、控制掘進軌跡實現轉彎和糾偏等作用。由于盾構掘進速度慢，液壓推進系統對于液壓泵的流量需求并不大，現有的技術通常是以一個液壓變量泵提供推進動力來滿足所有推進液壓缸的需求。根據掘進的操作需求以及簡化系統的復雜性，盾構的推進液壓缸通常會分成4個推進區，分別是上區、左區、下區、右區。而每個區的推進壓力設定是不盡相同的。由于土壓的隨著深度而壓力漸增的分布，而且還需平衡盾構重力產生的下傾扭矩，通常盾構下區的推進缸，不僅數量比其他區多，而且推進壓力也比其他區要高。在盾構進行右轉彎掘進的時候，左區的推進壓力就會設定得比右區壓力要高。由于4個區都是由一個液壓泵進行供油， 所以液壓泵的輸出壓力，是由4個推進區中所需的最高壓力來決定的，而推進壓力比液壓泵輸出壓力低的其他推進區，則需要通過節流降壓來實現壓力的控制。現有產品有兩種主流方法來解決第一，使用安置在比例溢流閥上游的比例調速閥作為壓力補償器來實現節流降壓，第二，通過三通比例減壓閥或先導比例減壓閥實現節流降壓。以上兩種方法，都是通過液壓閥內部的壓力補償器的補償功能實現節流降壓的。上述方法，盡管實現了推進壓力的分區控制，卻有一部分能量因為節流降壓的作用而轉化成熱能耗散掉。在中、大功率的液壓系統里面，節能是一個很值得關注的話題。
發明內容
為了克服現有盾構液壓推進系統在節能方面的不足，本發明的目的在于提供一種推進進油口側安裝蓄能器的節能盾構液壓推進系統。為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是
本發明包括電動機控制的變量泵、比例溢流閥和單向閥組成的液壓泵源；單向閥的出油口接壓力管道P，回油管道T接油箱，在壓力管道P與回油管道T間依次并聯有上、下、左、 右四個相同的液壓推進區組成節能盾構液壓推進系統，其中上液壓推進區包括電磁換向閥、兩個電磁開關閥、蓄能器、比例節流閥、比例溢流閥和推進液壓缸；電磁換向閥的進油口 P 口接壓力管道P，電磁換向閥的第一工作油口 A 口接第一電磁開關閥的進油口 P 口與比例節流閥的第一工作油口 A 口，電磁換向閥的第二工作油口 B 口接多個液壓缸的有桿腔油口及第二電磁開關閥的進油口 P 口，第二電磁開關閥的出油口 A 口接回油管道T，電磁換向閥的T 口接回油管道T，第一電磁開關閥的工作油口 A 口與蓄能器的液壓油口連接，比例節流閥的第二工作油口 B 口與比例溢流閥的進油口以及所述多個液壓缸的無桿腔連接，比例溢流閥的出油口接回油管道T管；所述上、左、右、下四個分區推進油缸的個數比為3:4:4:5，
3且每個分區中各個液壓缸的有桿腔和無桿腔分別通過液壓管道連接在一起。本發明具有的有益效果是
采用恒壓變量泵在某時刻只向一個推進區進行供油，同時對該區的蓄能器進行充壓， 其他推進區使用自身蓄能器進行供油的分時段輪流充壓工作原理，使恒壓變量泵與蓄能器的壓力僅比各自所帶負載所需的壓力高出一個很小的值，實現了所有推進區的供油壓力都分別與各自的負載實現負載敏感，大大降低了現有系統的節流降壓的能量損失。
圖1是本發明的結構原理示意圖。圖中1、電動機，2、恒壓變量泵，3、比例溢流閥，4、單向閥，5. 1、電磁換向閥，5. 2、 電磁換向閥，6. 1、電磁開關閥，6. 2、電磁開關閥，7. 1、蓄能器，7. 2、蓄能器，8. 1、比例節流閥，8. 2、比例節流閥，9. 1、比例溢流閥，9. 2、比例溢流閥，10. 1、液壓缸，10. 2、液壓缸，11. 1、 電磁開關閥，11. 2、電磁開關閥。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。如附圖所示，本發明包括電動機1控制的變量泵2、比例溢流閥3和單向閥4組成的液壓泵源；壓力管道P接單向閥4的出油口，回油管道T接油箱，在壓力管道P與回油管道T間依次并聯有上、下、左、右四個相同的液壓推進區組成節能盾構液壓推進系統。其中上液壓推進區(即圖中1區)包括電磁換向閥5. 1、兩個電磁開關閥6. 1， 11. 1、蓄能器7. 1、比例節流閥8. 1、比例溢流閥9. 1和三個推進液壓缸10. 1 ；電磁換向閥
5.1的進油口 P 口接壓力管道P，電磁換向閥5. 1的第一工作油口 A 口接第一電磁開關閥
6.1的進油口 P 口與比例節流閥8. 1的第一工作油口 A 口，電磁換向閥5. 1的第二工作油口 B 口接三個液壓缸10. 1的有桿腔油口及第二電磁開關閥11. 1的進油口 P 口，第二電磁開關閥11. 1的出油口 A 口接回油管道T，電磁換向閥5. 1的T 口接回油管道T，第一電磁開關閥6. 1的工作油口 A 口與蓄能器7. 1的液壓油口連接，比例節流閥8. 1的第二工作油口 B 口與比例溢流閥9. 1的進油口以及所述多個液壓缸10. 1的無桿腔連接，比例溢流閥9. 1 的出油口接回油管道T管。其中左液壓推進區(即圖中2區)包括電磁換向閥5. 2、兩個電磁開關閥6. 2， 11. 2、蓄能器7. 2、比例節流閥8. 2、比例溢流閥9. 2和四個推進液壓缸10. 2 ；電磁換向閥
5.2的進油口 P 口接壓力管道P，電磁換向閥5. 2的第一工作油口 A 口接第一電磁開關閥
6.2的進油口 P 口與比例節流閥8. 2的第一工作油口 A 口，電磁換向閥5. 2的第二工作油口 B 口接四個液壓缸10.2的有桿腔油口及第二電磁開關閥11.2的進油口 P 口，第二電磁開關閥11. 2的出油口 A 口接回油管道T，電磁換向閥5. 2的T 口接回油管道T，第一電磁開關閥6. 2的工作油口 A 口與蓄能器7. 2的液壓油口連接，比例節流閥8. 2的第二工作油口 B 口與比例溢流閥9. 2的進油口以及所述多個液壓缸10. 2的無桿腔連接，比例溢流閥9. 2 的出油口接回油管道T管。附圖中依次為上、左、右、下四個分區，推進油缸的個數比為3:4:4:5，且每個分區中各個液壓缸的有桿腔和無桿腔分別通過液壓管道連接在一起。
采用比例溢流閥進行遠程壓力控制的恒壓變量泵作為動力源，每個推進區的大腔油口側采用液壓蓄能器作為輔助動力源，采用比例節流閥對液壓蓄能器進行排油流量控制，采用比例溢流閥對推進壓力進行控制。具體實現方案為
電動機1的驅動軸與恒壓變量泵2的軸進行連接。恒壓變量泵2的吸油口接油箱，其出油口接遠程控制的比例溢流閥3的進油口以及單向閥4的進油口。比例溢流閥3的出油口接油箱。單向閥4的出油口接液壓推進系統的壓力管道P管。推進區有上、左、右、下共四個，現以1區(上液壓推進區)為例子進行說明，其余3個區的結構原理與1區的結構原理相同，只是各分區液壓缸數量不一樣，上、下、左、右四個分區推進油缸的個數比為3:4:4:5。 電磁換向閥5. 1的進油口 P 口接壓力管道P管，電磁換向閥5. 1的第一工作油口 A 口接第一電磁開關閥6. 1的進油口 P 口與比例節流閥8. 1的第一工作油口 A 口，電磁換向閥閥5. 1 的第二工作油口 B 口接三個液壓缸10. 1的有桿腔油口及第二電磁開關閥11. 1的進油口 P 口。第二電磁開關閥11.1的出油口 A 口接回油管道T管。電磁換向閥閥5.1的T 口接回油管道T管。第一電磁開關閥6.1的工作油口 A 口與蓄能器7.1的液壓油口連接。比例節流閥8. 1的第二工作油口 B 口與比例溢流閥9. 1的進油口以及三個液壓缸10. 1的無桿腔油口連接。比例溢流閥9.1的出油口接回油管道T管。工作原理
現有技術是需要液壓泵同時對四個推進區進行供油。與現有技術不同，本發明只需用液壓泵對某一個推進區進行供油，其他三個區由各自的蓄能器進行供油。并且為了避免使用大量的蓄能器，本發明使用對四個推進區實施分時段供油充壓的方法。在盾構推進時，以1區采用液壓泵供油，其他3個區采用蓄能器供油為例，具體工作原理是，1區的電磁換向閥5右側電磁鐵C得電，閥5. 1工作在右位，此時閥5. 1的進油口 P 口與其第一工作油口 A 口連通，閥5. 1的第二工作油口 B 口與其T 口連通。恒壓變量泵2 的壓力只需設定到比1區的推進壓力略高一點的壓力值，此時恒壓變量泵2的壓力油一方面通過第一電磁開關閥6. 1對蓄能器7. 1進行液壓充壓，另一方面通過比例節流閥8. 1對液壓缸10. 1左側的大腔進行供油。液壓缸10. 1的推進壓力由比例溢流閥9. 1進行調定。 通過調整比例節流閥8. 1的開口大小，可以調整到通過閥8. 1的流量維持在液壓缸10. 1所需流量與比例溢流閥9. 1的最小穩定流量的總和，以此來減少推進1區的溢流損失。此時 2、3、4區的工作原理相同，以2區為例，電磁換向閥5. 2的電磁鐵均不得電，因此切斷了恒壓變量泵2對推進2區的供油通道。第二電磁開關閥11. 2的電磁鐵得電，此時液壓缸10. 2 右側的小腔油口與回油管道T通過第二電磁開關閥11. 2的開啟而接通。2區的蓄能器7. 2 的充壓設定壓力比2區推力壓力的設定值略高一點，蓄能器7. 2處于放油狀態，其液壓油通過第一電磁開關閥6. 2、比例節流閥8. 2對液壓缸10. 2左側大腔進行供油。液壓缸10. 2的推進壓力由比例溢流閥9. 2進行調定。通過調整比例節流閥8. 2的開口大小，可以調整到通過閥8. 2的流量維持在液壓缸10. 2所需流量與比例溢流閥9. 1的最小穩定流量的總和， 以此來減少推進2區的溢流損失。通過上述方法，1區由恒壓變量泵2進行供油，恒壓變量泵2的供油設定壓力僅比推進設定壓力略高一點，推進2、3、4區分別由各自的蓄能器7. 2、7. 3、7. 4供油，各個蓄能器的工作壓力也僅比各自推進區的推進設定壓力略高一點。實現了所有推進區的供油壓力都
5分別與各自的負載實現負載敏感，大大降低了現有系統的節流降壓的能量損失。
由于隨著工作時間推移，蓄能器不斷排油導致其壓力下降，當下降到該推進區所需的壓力值以下時，便無法正常工作。因此本發明提出液壓推進區的分時段輪流充壓的工作原理。具體實現為，定義蓄能器充壓時間t。在第一個t時間段內，1區充壓。1區的電磁換向閥5. 1切換到右位，第二電磁開關閥11. 1關閉，恒壓變量泵2壓力調整至比1區推進調定壓力略高的壓力值，向推進1區進行供油，使得1區蓄能器7. 1充壓，充壓壓力應至可以維持1區靠蓄能器供油下正常工作3個充壓時間t以上，充壓期間1區推進所需液壓油由恒壓變量泵2提供。此時推進2、3、4區的電磁換向閥5. 2、5. 3、5. 4都處于中位，第二電磁開關閥11. 2、11.3、11. 4開啟，各區的動力源是由各自的蓄能器提供進行推進。在第一個t時間段結束，進入第二個t時間段，則是2區充壓。需要做出調整是1區的電磁換向閥 5. 1回到中位，切斷恒壓變量泵2的供油路，第二電磁開關閥11. 1開啟，接通液壓缸10. 1的回油通道，2區的電磁換向閥5. 2切換到右位，接通恒壓變量泵2供油油路，第二電磁開關閥 11. 2關閉，恒壓變量泵2壓力調整至比2區推進調定壓力高略高的壓力值，向推進2區進行供油，使得2區蓄能器7. 2充壓，同樣，充壓壓力應至可以維持2區靠蓄能器供油下正常工作3個充壓時間t以上，充壓期間2區推進所需液壓油由恒壓變量泵2提供。3、4區不做任何改變，所以此時推進1、3、4區的電磁換向閥5. 1、5. 3、5. 4都處于中位，第二電磁開關閥 11. 1、11.3、11. 4開啟，各區的動力源是由各自的蓄能器提供進行推進。依次類推，在第三個 t時間段內，恒壓變量泵2向推進3區供油充壓，而推進1、2、4區由各自蓄能器供油。第四個t時間段內，恒壓變量泵2向推進4區供油充壓，而推進1、2、3區由各自蓄能器供油。然后上述循環周而復始地進行。通過這樣的推進區的分時段輪流充壓的工作原理，就能保證每個蓄能器都有足夠的壓力來維持推進過程。
權利要求
1. 一種推進進油口側安裝蓄能器的節能盾構液壓推進系統，包括電動機(1)控制的變量泵(2)、比例溢流閥(3)和單向閥(4)組成的液壓泵源；其特征在于單向閥(4)的出油口接壓力管道P，回油管道T接油箱，在壓力管道P與回油管道T間依次并聯有上、下、左、右四個相同的液壓推進區組成節能盾構液壓推進系統，其中上液壓推進區包括電磁換向閥、兩個電磁開關閥、蓄能器、比例節流閥、比例溢流閥和推進液壓缸；電磁換向閥的進油口 P 口接壓力管道P，電磁換向閥的第一工作油口 A 口接第一電磁開關閥的進油口 P 口與比例節流閥的第一工作油口 A 口，電磁換向閥的第二工作油口 B 口接多個液壓缸的有桿腔油口及第二電磁開關閥的進油口 P 口，第二電磁開關閥的出油口 A 口接回油管道T，電磁換向閥的T 口接回油管道T，第一電磁開關閥的工作油口 A 口與蓄能器的液壓油口連接，比例節流閥的第二工作油口 B 口與比例溢流閥的進油口以及所述多個液壓缸的無桿腔連接，比例溢流閥的出油口接回油管道T管；所述上、左、右、下四個分區推進油缸的個數比為3:4:4:5，且每個分區中各個液壓缸的有桿腔和無桿腔分別通過液壓管道連接在一起。
全文摘要
本發明公開了一種推進進油口側安裝蓄能器的節能盾構液壓推進系統。包括電動機控制的變量泵、比例溢流閥和單向閥組成的液壓泵源；壓力管道接單向閥的出油口，回油管道接油箱，在兩管道間依次并聯有上、下、左、右四個液壓推進區，每個液壓推進區均包括電磁換向閥、兩個電磁開關閥、蓄能器、比例節流閥、比例溢流閥和推進液壓缸。采用恒壓變量泵在某時刻只向一個推進區進行供油，同時對該區的蓄能器進行充壓，其他推進區使用自身蓄能器進行供油的分時段輪流充壓工作原理，使泵與蓄能器的壓力僅比各自所帶負載所需的壓力高出一個很小的值，實現了所有推進區的供油壓力都分別與各自的負載實現負載敏感，大大降低了現有系統的節流降壓的能量損失。
文檔編號F15B1/02GK102425426SQ201110417659
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者劉志斌, 楊華勇, 段小明, 謝海波 申請人:浙江大學