隧道掘進(jìn)機(jī)扭矩負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隧道掘進(jìn)機(jī)扭矩負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)。包括旋轉(zhuǎn)件、增速器、負(fù)載模擬泵、閉式回路安全閥組、出油單向閥組、細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥、薄刃口電磁比例節(jié)流閥、電磁比例溢流閥、油液風(fēng)冷閥組、補(bǔ)油單向閥組和補(bǔ)油回路。通過將不同開口形式的電磁比例節(jié)流閥和電磁比例溢流閥串聯(lián)起來并統(tǒng)一的進(jìn)行參數(shù)調(diào)定，將扭矩負(fù)載的設(shè)定與巖土靜壓設(shè)定和刀盤轉(zhuǎn)速統(tǒng)一考慮，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)扭矩負(fù)載的高保真模擬。該負(fù)載閥組方案同樣適用于其他形式的負(fù)載的動態(tài)模擬需要。
【專利說明】隧道掘進(jìn)機(jī)扭矩負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)，尤其涉及一種隧道掘進(jìn)機(jī)扭矩負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隧道掘進(jìn)機(jī)是一種靠電機(jī)或液壓馬達(dá)驅(qū)動刀盤旋轉(zhuǎn)，在液壓推進(jìn)系統(tǒng)作用下刀盤向巖土層頂進(jìn)，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(jī)械。隧道掘進(jìn)機(jī)施工法集隧道施工的開挖、出碴、通風(fēng)除塵、敷設(shè)隧道軌線以及風(fēng)水電延伸于一體，具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、環(huán)保等施工特點(diǎn)。
[0003]隧道掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)龐大，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高昂，對不同的地質(zhì)條件適應(yīng)性較差，比如隧道掘進(jìn)機(jī)中適用于土壤和砂石的盾構(gòu)機(jī)，以及適用于硬巖掘進(jìn)的硬巖掘進(jìn)機(jī)(簡稱TBM)，而不同的土質(zhì)或巖石對掘進(jìn)機(jī)的扭矩負(fù)載作用差別很大，直接影響到掘進(jìn)機(jī)刀盤驅(qū)動的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)形式選擇和技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)。因此開展掘進(jìn)機(jī)扭矩負(fù)載研究具有重要意義。
[0004]隧道施工環(huán)境制約了施工數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度，現(xiàn)有的理論計(jì)算無法兼顧復(fù)雜的施工環(huán)境，因此開展物理模擬試驗(yàn)是主要的可行方案?，F(xiàn)有扭矩負(fù)載模擬方案有些采用填埋土箱或防止巖塊作為負(fù)載模擬，雖然具有比較準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，但埋土巖塊更換不易，數(shù)據(jù)采集困難，且更換成本較高；液壓系統(tǒng)具有功率密度大，并具有成熟的回轉(zhuǎn)負(fù)載元件液壓泵以及配套的傳感器，因此采用液壓系統(tǒng)作扭矩負(fù)載模擬具有其他方案難以替代的優(yōu)勢。
[0005]現(xiàn)有液壓扭矩負(fù)載模擬系統(tǒng)，如專利CN201110395900.7中僅使用一個(gè)比例溢流閥作為負(fù)載模擬，僅能實(shí)現(xiàn)巖土靜壓負(fù)載的模擬，無法模擬掘進(jìn)過程中與刀盤轉(zhuǎn)速相關(guān)的動態(tài)扭矩負(fù)載。因此，目前現(xiàn)在還沒有一種適用于隧道掘進(jìn)機(jī)扭矩負(fù)載模擬的液壓系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種隧道掘進(jìn)機(jī)扭矩負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)，通過串聯(lián)細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥、薄刃口電磁比例節(jié)流閥、電磁比例溢流閥構(gòu)成負(fù)載模擬閥組，將其閥口連接到負(fù)載模擬泵高壓出口，參照施工數(shù)據(jù)采用模擬負(fù)載替代實(shí)際掘進(jìn)巖土條件，調(diào)定各節(jié)流閥、溢流閥的參數(shù)即可模擬不同的地質(zhì)條件的不同扭矩負(fù)載，為隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤驅(qū)動的設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
[0007]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明包括旋轉(zhuǎn)件、增速器、負(fù)載模擬泵、閉式回路安全閥組、出油單向閥組、細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥、薄刃口電磁比例節(jié)流閥、電磁比例溢流閥、油液風(fēng)冷閥組、補(bǔ)油單向閥組和補(bǔ)油回路；旋轉(zhuǎn)件與增速器低速輸入端連接，增速器的高速輸出端驅(qū)動負(fù)載模擬泵，雙向負(fù)載模擬泵的一個(gè)油口和兩個(gè)反向并聯(lián)安裝的溢流閥組成的閉式回路安全閥組的一個(gè)油口，兩個(gè)單向閥背向安裝組成的出油單向閥組的一個(gè)進(jìn)油口和兩個(gè)單向閥對頂安裝組成的補(bǔ)油單向閥組的一個(gè)出油口連接；雙向負(fù)載模擬泵的另一個(gè)油口和兩個(gè)反向并聯(lián)安裝的溢流閥組成的閉式回路安全閥組的另一個(gè)油口，兩個(gè)單向閥背向安裝組成的出油單向閥組的另一個(gè)進(jìn)油口，兩個(gè)單向閥對頂安裝組成的補(bǔ)油單向閥組的另一個(gè)出油口連接；出油單向閥組的出油口與細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥進(jìn)油口連接，細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥出油口與薄刃口電磁比例節(jié)流閥進(jìn)油口連接，薄刃口電磁比例節(jié)流閥出油口與電磁比例溢流閥進(jìn)油口連接，電磁比例溢流閥出油口與油液風(fēng)冷閥組進(jìn)油口連接，油液風(fēng)冷閥組出油口與補(bǔ)油單向閥組進(jìn)油口和補(bǔ)油回路連接。
[0009]所述細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥，薄刃口電磁比例節(jié)流閥，電磁比例溢流閥均由外接控制單元給出參數(shù)調(diào)節(jié)信號，并均能調(diào)節(jié)到閥口全開，即等效于將對應(yīng)閥短路。
[0010]本發(fā)明與【背景技術(shù)】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(jié)流閥和電磁比例溢流閥串聯(lián)起來并統(tǒng)一的進(jìn)行參數(shù)調(diào)定，將扭矩負(fù)載的設(shè)定與巖土靜壓設(shè)定和刀盤轉(zhuǎn)速統(tǒng)一考慮，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)扭矩負(fù)載的高保真模擬。該負(fù)載閥組方案同樣適用于其他形式的負(fù)載的動態(tài)模擬需要。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的扭矩負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)。
[0013]圖中:1、增速器，2、負(fù)載模擬泵，3、閉式回路安全閥組，4、出油單向閥組，5、細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥，6、薄刃口電磁比例節(jié)流閥,7、電磁比例溢流閥,8、油液風(fēng)冷閥組,9、補(bǔ)油單向閥組。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明包括旋轉(zhuǎn)件、增速器1、負(fù)載模擬泵2、閉式回路安全閥組3、出油單向閥組4、細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥5、薄刃口電磁比例節(jié)流閥6、電磁比例溢流閥7、油液風(fēng)冷閥組8、補(bǔ)油單向閥組9和補(bǔ)油回路；旋轉(zhuǎn)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(qū)動負(fù)載模擬泵2，雙向負(fù)載模擬泵2的一個(gè)油口 A2和兩個(gè)反向并聯(lián)安裝的溢流閥組成的閉式回路安全閥組3的一個(gè)油口 A3，兩個(gè)單向閥背向安裝組成的出油單向閥組4的一個(gè)進(jìn)油口 A4和兩個(gè)單向閥對頂安裝組成的補(bǔ)油單向閥組9的一個(gè)出油口 A9連接；雙向負(fù)載模擬泵2的另一個(gè)油口 B2和兩個(gè)反向并聯(lián)安裝的溢流閥組成的閉式回路安全閥組3的另一個(gè)油口 B3，兩個(gè)單向閥背向安裝組成的出油單向閥組4的另一個(gè)進(jìn)油口 B4，兩個(gè)單向閥對頂安裝組成的補(bǔ)油單向閥組9的另一個(gè)出油口 B9連接；出油單向閥組4的出油口 T4與細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥5進(jìn)油口 P5連接，細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥5出油口 T5與薄刃口電磁比例節(jié)流閥6進(jìn)油口 P6連接，薄刃口電磁比例節(jié)流閥6出油口 T6與電磁比例溢流閥7進(jìn)油口 P7連接，電磁比例溢流閥7出油口 T7與油液風(fēng)冷閥組8進(jìn)油口 P8連接，油液風(fēng)冷閥組8出油口 T8與補(bǔ)油單向閥組9進(jìn)油口 P9和補(bǔ)油回路連接。
[0016]所述細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥5,薄刃口電磁比例節(jié)流閥6,電磁比例溢流閥7均由外接控制單元給出參數(shù)調(diào)節(jié)信號，并均能調(diào)節(jié)到閥口全開，即等效于將對應(yīng)閥短路。
[0017]本發(fā)明的工作原理如下:
[0018]如圖1所示，旋轉(zhuǎn)件和掘進(jìn)機(jī)刀盤固接并等速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)增速器I提速后帶動負(fù)載模擬泵2旋轉(zhuǎn)，在泵2的出口形成高壓(此時(shí)假設(shè)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(jīng)出油單向閥組的進(jìn)油口 A4流向P4，高壓泄油經(jīng)由P5、T5油口之間的細(xì)長孔節(jié)流閥5產(chǎn)生與流量線性的節(jié)流壓降，經(jīng)Ρ6、Τ6油口之間的薄刃口節(jié)流閥6產(chǎn)生的與流量二次方成正比的節(jié)流壓降，以及經(jīng)Ρ7、Τ7的溢流閥7產(chǎn)生的溢流壓降，最后油液經(jīng)過油液風(fēng)冷閥組8的進(jìn)油口 Ρ8經(jīng)冷卻后由出油口 Τ8，再在泵2的吸空作用下，經(jīng)補(bǔ)油單向閥組9的進(jìn)油口 Ρ9到出油口 Β9，流回泵2的進(jìn)油口 Β2 口。調(diào)定細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥5、薄刃口電磁比例節(jié)流閥6的流量-壓力系數(shù)以及電磁比例溢流閥7溢流壓力，從而使負(fù)載模擬泵2高壓腔泄油壓力P與泄油流量q的關(guān)系滿足:
[0019]P = aq+bq2+c (I)
[0020]其中:a—細(xì)長孔節(jié)流閥流量-壓力系數(shù)；
[0021]b-薄刃口節(jié)流閥流量-壓力系數(shù)；
[0022]c-溢流閥設(shè)定溢流壓力；
[0023]此時(shí)模擬的扭矩負(fù)載功率滿足:
[0024]P = pq = aq2+bq3+cq (2)
[0025]此時(shí)掘進(jìn)機(jī)的刀盤轉(zhuǎn)速η與泄油流量q的關(guān)系滿足:
[0026]q = Vn (3)
[0027]其中:V——負(fù)載模擬泵2的排量。
[0028]則模擬的扭矩負(fù)載功率P與切削速度η之間的關(guān)系滿足:
[0029]P = pq = pVn = aV2n2+bV3n3+cVn (4)
[0030]此時(shí)通過控制單元調(diào)定負(fù)載模擬閥組中節(jié)流閥和溢流閥的參數(shù)a、b、c，即可模擬不同地質(zhì)條件下，掘進(jìn)機(jī)刀盤受到的巖土層靜壓扭矩負(fù)載和與刀盤轉(zhuǎn)速相關(guān)的動態(tài)扭矩負(fù)載。閉式回路的油液循環(huán)利用，但由于泵和閥的泄漏，需要對回路進(jìn)行補(bǔ)油，低壓小流量的補(bǔ)油回路連通補(bǔ)油單向閥組9的進(jìn)油口 P9，經(jīng)單向閥組9向系統(tǒng)補(bǔ)油。
【權(quán)利要求】
1.一種隧道掘進(jìn)機(jī)扭矩負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)，其特征在于:包括旋轉(zhuǎn)件、增速器(I)、負(fù)載模擬泵(2)、閉式回路安全閥組(3)、出油單向閥組(4)、細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥(5)、薄刃口電磁比例節(jié)流閥(6)、電磁比例溢流閥(7)、油液風(fēng)冷閥組(8)、補(bǔ)油單向閥組(9)和補(bǔ)油回路；旋轉(zhuǎn)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(qū)動負(fù)載模擬泵(2)，雙向負(fù)載模擬泵(2)的一個(gè)油口(A2)和兩個(gè)反向并聯(lián)安裝的溢流閥組成的閉式回路安全閥組(3)的一個(gè)油口(A3)，兩個(gè)單向閥背向安裝組成的出油單向閥組(4)的一個(gè)進(jìn)油口(A4)和兩個(gè)單向閥對頂安裝組成的補(bǔ)油單向閥組(9)的一個(gè)出油口(A9)連接；雙向負(fù)載模擬泵(2)的另一個(gè)油口(B2)和兩個(gè)反向并聯(lián)安裝的溢流閥組成的閉式回路安全閥組(3)的另一個(gè)油口(B3)，兩個(gè)單向閥背向安裝組成的出油單向閥組(4)的另一個(gè)進(jìn)油口(B4)，兩個(gè)單向閥對頂安裝組成的補(bǔ)油單向閥組(9)的另一個(gè)出油口(B9)連接；出油單向閥組(4)的出油口(T4)與細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥(5)進(jìn)油口(P5)連接，細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥(5)出油口(T5)與薄刃口電磁比例節(jié)流閥(6)進(jìn)油口(P6)連接，薄刃口電磁比例節(jié)流閥(6)出油口(T6)與電磁比例溢流閥(7)進(jìn)油口(P7)連接，電磁比例溢流閥(7)出油口(T7)與油液風(fēng)冷閥組⑶進(jìn)油口(P8)連接，油液風(fēng)冷閥組⑶出油口(T8)與補(bǔ)油單向閥組(9)進(jìn)油口(P9)和補(bǔ)油回路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道掘進(jìn)機(jī)扭矩負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)，其特征在于:所述細(xì)長孔電磁比例節(jié)流閥(5),薄刃口電磁比例節(jié)流閥(6),電磁比例溢流閥(7)均由外接控制單元給出參數(shù)調(diào)節(jié)信號，并均能調(diào)節(jié)到閥口全開，即等效于將對應(yīng)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(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】龔國芳, 劉統(tǒng), 張振, 饒?jiān)埔? 王偉, 吳偉強(qiáng), 楊華勇 申請人:浙江大學(xué)