隧道掘進機扭矩負載模擬液壓系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種隧道掘進機扭矩負載模擬液壓系統。包括旋轉件、增速器、負載模擬泵、閉式回路安全閥組、出油單向閥組、細長孔電磁比例節流閥、薄刃口電磁比例節流閥、電磁比例溢流閥、油液風冷閥組、補油單向閥組和補油回路。通過將不同開口形式的電磁比例節流閥和電磁比例溢流閥串聯起來并統一的進行參數調定，將扭矩負載的設定與巖土靜壓設定和刀盤轉速統一考慮，實現了掘進機扭矩負載的高保真模擬。該負載閥組方案同樣適用于其他形式的負載的動態模擬需要。
【專利說明】隧道掘進機扭矩負載模擬液壓系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及負載模擬液壓系統，尤其涉及一種隧道掘進機扭矩負載模擬液壓系統。
【背景技術】
[0002]隧道掘進機是一種靠電機或液壓馬達驅動刀盤旋轉，在液壓推進系統作用下刀盤向巖土層頂進，依靠刀盤上的刀具破壞巖土層，從而使隧洞全斷面一次開挖成形的大型工程機械。隧道掘進機施工法集隧道施工的開挖、出碴、通風除塵、敷設隧道軌線以及風水電延伸于一體，具有快速、優質、安全、環保等施工特點。
[0003]隧道掘進機結構龐大，系統復雜，成本高昂，對不同的地質條件適應性較差，比如隧道掘進機中適用于土壤和砂石的盾構機，以及適用于硬巖掘進的硬巖掘進機(簡稱TBM)，而不同的土質或巖石對掘進機的扭矩負載作用差別很大，直接影響到掘進機刀盤驅動的關鍵結構形式選擇和技術參數設計。因此開展掘進機扭矩負載研究具有重要意義。
[0004]隧道施工環境制約了施工數據采集的準確度，現有的理論計算無法兼顧復雜的施工環境，因此開展物理模擬試驗是主要的可行方案。現有扭矩負載模擬方案有些采用填埋土箱或防止巖塊作為負載模擬，雖然具有比較準確的優點，但埋土巖塊更換不易，數據采集困難，且更換成本較高；液壓系統具有功率密度大，并具有成熟的回轉負載元件液壓泵以及配套的傳感器，因此采用液壓系統作扭矩負載模擬具有其他方案難以替代的優勢。
[0005]現有液壓扭矩負載模擬系統，如專利CN201110395900.7中僅使用一個比例溢流閥作為負載模擬，僅能實現巖土靜壓負載的模擬，無法模擬掘進過程中與刀盤轉速相關的動態扭矩負載。因此，目前現在還沒有一種適用于隧道掘進機扭矩負載模擬的液壓系統。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種隧道掘進機扭矩負載模擬液壓系統，通過串聯細長孔電磁比例節流閥、薄刃口電磁比例節流閥、電磁比例溢流閥構成負載模擬閥組，將其閥口連接到負載模擬泵高壓出口，參照施工數據采用模擬負載替代實際掘進巖土條件，調定各節流閥、溢流閥的參數即可模擬不同的地質條件的不同扭矩負載，為隧道掘進機刀盤驅動的設計提供實驗依據。
[0007]本發明解決技術問題所采用的技術方案是:
[0008]本發明包括旋轉件、增速器、負載模擬泵、閉式回路安全閥組、出油單向閥組、細長孔電磁比例節流閥、薄刃口電磁比例節流閥、電磁比例溢流閥、油液風冷閥組、補油單向閥組和補油回路；旋轉件與增速器低速輸入端連接，增速器的高速輸出端驅動負載模擬泵，雙向負載模擬泵的一個油口和兩個反向并聯安裝的溢流閥組成的閉式回路安全閥組的一個油口，兩個單向閥背向安裝組成的出油單向閥組的一個進油口和兩個單向閥對頂安裝組成的補油單向閥組的一個出油口連接；雙向負載模擬泵的另一個油口和兩個反向并聯安裝的溢流閥組成的閉式回路安全閥組的另一個油口，兩個單向閥背向安裝組成的出油單向閥組的另一個進油口，兩個單向閥對頂安裝組成的補油單向閥組的另一個出油口連接；出油單向閥組的出油口與細長孔電磁比例節流閥進油口連接，細長孔電磁比例節流閥出油口與薄刃口電磁比例節流閥進油口連接，薄刃口電磁比例節流閥出油口與電磁比例溢流閥進油口連接，電磁比例溢流閥出油口與油液風冷閥組進油口連接，油液風冷閥組出油口與補油單向閥組進油口和補油回路連接。
[0009]所述細長孔電磁比例節流閥，薄刃口電磁比例節流閥，電磁比例溢流閥均由外接控制單元給出參數調節信號，并均能調節到閥口全開，即等效于將對應閥短路。
[0010]本發明與【背景技術】相比，具有的有益效果是:
[0011]通過將不同開口形式的電磁比例節流閥和電磁比例溢流閥串聯起來并統一的進行參數調定，將扭矩負載的設定與巖土靜壓設定和刀盤轉速統一考慮，實現了掘進機扭矩負載的高保真模擬。該負載閥組方案同樣適用于其他形式的負載的動態模擬需要。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的扭矩負載模擬液壓系統。
[0013]圖中:1、增速器，2、負載模擬泵，3、閉式回路安全閥組，4、出油單向閥組，5、細長孔電磁比例節流閥，6、薄刃口電磁比例節流閥,7、電磁比例溢流閥,8、油液風冷閥組,9、補油單向閥組。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0015]如圖1所示，本發明包括旋轉件、增速器1、負載模擬泵2、閉式回路安全閥組3、出油單向閥組4、細長孔電磁比例節流閥5、薄刃口電磁比例節流閥6、電磁比例溢流閥7、油液風冷閥組8、補油單向閥組9和補油回路；旋轉件與增速器I低速輸入端Al連接，增速器I的高速輸出端BI驅動負載模擬泵2，雙向負載模擬泵2的一個油口 A2和兩個反向并聯安裝的溢流閥組成的閉式回路安全閥組3的一個油口 A3，兩個單向閥背向安裝組成的出油單向閥組4的一個進油口 A4和兩個單向閥對頂安裝組成的補油單向閥組9的一個出油口 A9連接；雙向負載模擬泵2的另一個油口 B2和兩個反向并聯安裝的溢流閥組成的閉式回路安全閥組3的另一個油口 B3，兩個單向閥背向安裝組成的出油單向閥組4的另一個進油口 B4，兩個單向閥對頂安裝組成的補油單向閥組9的另一個出油口 B9連接；出油單向閥組4的出油口 T4與細長孔電磁比例節流閥5進油口 P5連接，細長孔電磁比例節流閥5出油口 T5與薄刃口電磁比例節流閥6進油口 P6連接，薄刃口電磁比例節流閥6出油口 T6與電磁比例溢流閥7進油口 P7連接，電磁比例溢流閥7出油口 T7與油液風冷閥組8進油口 P8連接，油液風冷閥組8出油口 T8與補油單向閥組9進油口 P9和補油回路連接。
[0016]所述細長孔電磁比例節流閥5,薄刃口電磁比例節流閥6,電磁比例溢流閥7均由外接控制單元給出參數調節信號，并均能調節到閥口全開，即等效于將對應閥短路。
[0017]本發明的工作原理如下:
[0018]如圖1所示，旋轉件和掘進機刀盤固接并等速旋轉，經增速器I提速后帶動負載模擬泵2旋轉，在泵2的出口形成高壓(此時假設泵的高壓出口 A2，高壓出口 B2的情況與之類似)，高壓油由安全閥組3的油口 A3限壓，經出油單向閥組的進油口 A4流向P4，高壓泄油經由P5、T5油口之間的細長孔節流閥5產生與流量線性的節流壓降，經Ρ6、Τ6油口之間的薄刃口節流閥6產生的與流量二次方成正比的節流壓降，以及經Ρ7、Τ7的溢流閥7產生的溢流壓降，最后油液經過油液風冷閥組8的進油口 Ρ8經冷卻后由出油口 Τ8，再在泵2的吸空作用下，經補油單向閥組9的進油口 Ρ9到出油口 Β9，流回泵2的進油口 Β2 口。調定細長孔電磁比例節流閥5、薄刃口電磁比例節流閥6的流量-壓力系數以及電磁比例溢流閥7溢流壓力，從而使負載模擬泵2高壓腔泄油壓力P與泄油流量q的關系滿足:
[0019]P = aq+bq2+c (I)
[0020]其中:a—細長孔節流閥流量-壓力系數；
[0021]b-薄刃口節流閥流量-壓力系數；
[0022]c-溢流閥設定溢流壓力；
[0023]此時模擬的扭矩負載功率滿足:
[0024]P = pq = aq2+bq3+cq (2)
[0025]此時掘進機的刀盤轉速η與泄油流量q的關系滿足:
[0026]q = Vn (3)
[0027]其中:V——負載模擬泵2的排量。
[0028]則模擬的扭矩負載功率P與切削速度η之間的關系滿足:
[0029]P = pq = pVn = aV2n2+bV3n3+cVn (4)
[0030]此時通過控制單元調定負載模擬閥組中節流閥和溢流閥的參數a、b、c，即可模擬不同地質條件下，掘進機刀盤受到的巖土層靜壓扭矩負載和與刀盤轉速相關的動態扭矩負載。閉式回路的油液循環利用，但由于泵和閥的泄漏，需要對回路進行補油，低壓小流量的補油回路連通補油單向閥組9的進油口 P9，經單向閥組9向系統補油。
【權利要求】
1.一種隧道掘進機扭矩負載模擬液壓系統，其特征在于:包括旋轉件、增速器(I)、負載模擬泵(2)、閉式回路安全閥組(3)、出油單向閥組(4)、細長孔電磁比例節流閥(5)、薄刃口電磁比例節流閥(6)、電磁比例溢流閥(7)、油液風冷閥組(8)、補油單向閥組(9)和補油回路；旋轉件與增速器⑴低速輸入端(Al)連接，增速器⑴的高速輸出端(BI)驅動負載模擬泵(2)，雙向負載模擬泵(2)的一個油口(A2)和兩個反向并聯安裝的溢流閥組成的閉式回路安全閥組(3)的一個油口(A3)，兩個單向閥背向安裝組成的出油單向閥組(4)的一個進油口(A4)和兩個單向閥對頂安裝組成的補油單向閥組(9)的一個出油口(A9)連接；雙向負載模擬泵(2)的另一個油口(B2)和兩個反向并聯安裝的溢流閥組成的閉式回路安全閥組(3)的另一個油口(B3)，兩個單向閥背向安裝組成的出油單向閥組(4)的另一個進油口(B4)，兩個單向閥對頂安裝組成的補油單向閥組(9)的另一個出油口(B9)連接；出油單向閥組(4)的出油口(T4)與細長孔電磁比例節流閥(5)進油口(P5)連接，細長孔電磁比例節流閥(5)出油口(T5)與薄刃口電磁比例節流閥(6)進油口(P6)連接，薄刃口電磁比例節流閥(6)出油口(T6)與電磁比例溢流閥(7)進油口(P7)連接，電磁比例溢流閥(7)出油口(T7)與油液風冷閥組⑶進油口(P8)連接，油液風冷閥組⑶出油口(T8)與補油單向閥組(9)進油口(P9)和補油回路連接。
2.根據權利要求1所述的一種隧道掘進機扭矩負載模擬液壓系統，其特征在于:所述細長孔電磁比例節流閥(5),薄刃口電磁比例節流閥(6),電磁比例溢流閥(7)均由外接控制單元給出參數調節信號，并均能調節到閥口全開，即等效于將對應閥短路。
【文檔編號】G01M13/00GK104196776SQ201410369700
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】龔國芳, 劉統, 張振, 饒云意, 王偉, 吳偉強, 楊華勇 申請人:浙江大學