專利名稱：一種采用馬達(dá)串并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)的盾構(gòu)刀盤液壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及流體壓力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，尤其涉及一種采用馬達(dá)串并聯(lián)混合驅(qū) 動(dòng)的盾構(gòu)刀盤液壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是一種專用于地下隧道開挖工程施工的大型掘進(jìn)裝備。與傳統(tǒng)的 施工方法相比，盾構(gòu)法具有施工安全、快速、工程質(zhì)量高、地面擾動(dòng)小、勞動(dòng) 強(qiáng)度低等許多優(yōu)點(diǎn)。擊于采哥子先進(jìn)的開挖面穩(wěn)定技術(shù)，盾糊進(jìn)尤其在各幹 地質(zhì)條件復(fù)雜多變和施工環(huán)境惡劣的隧道工程建設(shè)中顯出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。隨著 科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，盾構(gòu)掘進(jìn)將逐步取代傳統(tǒng)方法。
刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的重要組成部分，驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)切削盾構(gòu)前方 的土體。刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一種典型的大功率、多執(zhí)行器系統(tǒng)。由于在掘進(jìn)過程 中地質(zhì)條件復(fù)雜多變，刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須滿足從軟土到硬巖各種地層掘進(jìn)的需 要，轉(zhuǎn)速變化范圍很大。傳統(tǒng)多馬達(dá)并聯(lián)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速在很大程度上受到液 壓泵排量的限制，調(diào)速范圍十分有限。因而，為增強(qiáng)掘進(jìn)機(jī)的地層適應(yīng)性，刀 盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)液壓源的設(shè)計(jì)流量往往須留有很大的裕量，而采用大排量液壓泵系 統(tǒng)在低轉(zhuǎn)速工況下效率會(huì)明顯降低，造成很大的浪費(fèi)。 發(fā)明內(nèi)容
為了滿足盾構(gòu)刀盤驅(qū)動(dòng)對(duì)復(fù)雜地層適應(yīng)性的要求，本實(shí)用新型的目的在于 提供一種采用馬達(dá)串并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)的盾構(gòu)刀盤液壓系統(tǒng)。刀盤驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)采 用串聯(lián)和并聯(lián)混合連接的方式，在低轉(zhuǎn)速工況下馬達(dá)并聯(lián)，高轉(zhuǎn)速工況下馬達(dá) 串聯(lián)，使得刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用較小排量液壓泵供油即能實(shí)現(xiàn)不同地質(zhì)條件掘進(jìn) 的要求，同時(shí)配合馬達(dá)和泵的變量控制機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)大范圍無級(jí)調(diào)速。
本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器與雙向變量泵剛性連接；雙向變量泵的一端油口分別與第一、 第二、第三、第四、第五和第六二位二通換向閥的進(jìn)油口相連，雙向變量泵的 另一端油口分別與第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向閥的第一油口 相連；第一、第二、第三、第四、第五和第六二位二通換向閥的出油口分別與 各自的第一、第二、第三、第四、第五和第六液壓馬達(dá)的一端油口相連；第一、 第二、第三、第四和第五液壓馬達(dá)的另一端油口分別與各自的第一、第二、第
3三、第四和第五二位三通換向閥第二油口相連，第六液壓馬達(dá)的另一端油口與 雙向變量泵的另一端油口連接；第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向 閥的第三油口與各自的第二、第三、第四、第五和第六液壓馬達(dá)的一端油口相 連；梭閥的兩端進(jìn)油口分別與變量泵兩端油口連接，梭閥的出油口與壓力傳感 器連接；補(bǔ)油泵的軸與電機(jī)連接；補(bǔ)油泵吸油口連接油箱，補(bǔ)油泵的出油口與 溢流閥進(jìn)油口及第一、第二補(bǔ)油單向閥的進(jìn)油口相連；溢流閥出油口與油箱連 接；第一、第二補(bǔ)油單向閥的出油口分別與雙向變量泵兩端油口相連；安全閥 進(jìn)油口與第一、第二限壓?jiǎn)蜗蜷y出油口相連，安全闊出油口與溢流閥進(jìn)油口相 連；第一、第二限壓?jiǎn)蜗蜷y進(jìn)油口分別與雙向變量泵兩端油口相連； 本實(shí)用新型具有韻有益效果是r
液壓系統(tǒng)采用閉式回路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，這對(duì)于地下施工的盾構(gòu) 掘進(jìn)而言具有一定的實(shí)用價(jià)值。刀盤驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)可以根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行串聯(lián) 和并聯(lián)連接方式的切換，使系統(tǒng)工況適應(yīng)各種不同地質(zhì)條件，從而降低了液壓 動(dòng)力油源系統(tǒng)的整體規(guī)模，更大限度地滿足盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)刀盤驅(qū)動(dòng)性能的要求。
由于采用了液壓馬達(dá)串并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)的方式，拓寬了刀盤調(diào)速范圍，能夠 有效減小動(dòng)力油源中液壓泵的排量，且由于閉式系統(tǒng)油源體積小，結(jié)構(gòu)緊湊， 可降低系統(tǒng)成本。
附圖是本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖中l(wèi).電機(jī)，2.雙向變量泵，3.1、 3.2.限壓?jiǎn)蜗蜷y，4丄安全閥，4.2.溢流 閥，5.1、 5.2.補(bǔ)油單向閥，6.電機(jī)，7.補(bǔ)油泵，8.油箱，9.1、 9.2、 9.3、 9.4、 9.5、 9.6.二位二通換向閥，10.1、 10.2、 10.3、 10.4、 10.5.二位三通換向閥,11.1、 11.2、 11.3、 11.4、 11.5、 11.6.液壓馬達(dá)，12.壓力傳感器，13.梭閥，14、 15、 16.1、 16.2、
16.3、 16.4、 16.5、 16.6、 17.1、 17.2、 17.3、 17.4、 17.5、 17.6、 18.1、 18.2、 18.3、
18.4、 18.5、 18.6、 19.1、 19.2、 19.3、 19.4、 19.5、 20.1、 20.2、 20.3、 20.4、 20.5、 21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28、 29、 30、 31、 32、 33為管路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
如附圖所示，本實(shí)用新型中的電機(jī)1經(jīng)聯(lián)軸器與雙向變量泵2剛性連接； 雙向變量泵2的一端油口分別經(jīng)管路16.1、 16.2、 16.3、 16.4、 16.5、 16.6與第 一、第二、第三、第四、第五和第六二位二通換向閥9.1、 9.2、 9.3、 9.4、 9.5、 9.6的進(jìn)油口相連，雙向變量泵2的另一端油口分別經(jīng)管路20.1、 20.2、 20.3、
420.4、 20.5與第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向閥10.1、 10.2、 10.3、
10.4、 10.5的第一油口相連；第一、第二、第三、第四、第五和第六二位二通換 向閥9.1、 9.2、 9.3、 9.4、 9.5、 9.6的出油口分別經(jīng)管路17.1、 17.2、 17.3、 17.4、
17.5、 17.6與各自的第一、第二、第三、第四、第五和第六液壓馬達(dá)ll.l、 11.2、
11.3、 11.4、 11.5、 11.6的一端油口相連；第一、第二、第三、第四和第五液壓 馬達(dá)ll.l、 11.2、 11.3、 11.4、 11.5的另一端油口分別經(jīng)管路18.1、 18.2、 18,3、
18.4、 18.5與各自的第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向閥10.1、 10.2、
10.3、 10.4、 10.5第二油口相連，第六液壓馬達(dá)11.6的另一端油口經(jīng)管路18.6 與雙向變量泵2的另一端油口連接；第一、第二、第三、第四和第五二位三通 換向閥IO.I、 10.2、 10.3、 10.4、 10.5的第三油口經(jīng)19.1、 19.2、 19.3、 19.4、 19.5 與各自的第二、第三、第四、第五和第六液壓馬達(dá)11.2、 11.3、 11.4、 11.5、 11.6 的一端油口相連；梭閥13的兩端進(jìn)油口分別經(jīng)管路21、 22與變量泵2兩端油 口連接，梭閥13的出油口與壓力傳感器12連接；補(bǔ)油7的軸與電機(jī)6連接； 補(bǔ)油泵7吸油口經(jīng)管路32連接油箱8，補(bǔ)油泵7的出油口經(jīng)管路31與溢流閥 4.2進(jìn)油口及經(jīng)管路28連接的第一、第二補(bǔ)油單向閥5.1、 5.2的進(jìn)油口相連； 溢流閥4.2出油口經(jīng)管路33與油箱8連接；第一、第二補(bǔ)油單向閥5.1、 5.2的 出油口分別經(jīng)管路27、 29與雙向變量泵2兩端油口相連；安全閥4.1進(jìn)油口經(jīng) 管路26與經(jīng)管路24連接的第一、第二限壓?jiǎn)蜗蜷y3.1、 3.2出油口相連，安全 閥4.1出油口經(jīng)管路30與溢流閥4.2進(jìn)油口相連；第一、第二限壓?jiǎn)蜗蜷y3.1、 3.2進(jìn)油口分別經(jīng)管路23、 25與雙向變量泵2兩端油口相連；
本實(shí)用新型的工作原理如下
電機(jī)1得電啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)雙向變量泵2轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)變量機(jī)構(gòu)，使變量泵2從 回油管14中吸油，變量泵2打出的壓力油通過管路15送到管路16.1、 16.2、 16.3、
16.4、 16.5、 16.6、 21。
當(dāng)盾構(gòu)在軟質(zhì)地層中掘進(jìn)時(shí)，其刀盤驅(qū)動(dòng)的典型工況為低速大扭矩。此時(shí)， 二位二通換向閥9.1、 9.2、 9.3、 9.4、 9.5、 9.6的電磁鐵得電，二位三通換向閥 10.1、 10.2、 10.3、 10.4、 10.5的電磁鐵斷電，管路16.1、 16.2、 16.3、 16.4、 16.5、 16.6中的高壓油分別經(jīng)過二位二通換向閥9.1、 9.2、 9.3、 9.4、 9.5、 9.6，管路 17.1、 17.2、 17.3、 17.4、 17.5、 17.6，液壓馬達(dá)11.1、 11.2、 11.3、 11.4、 11.5、 11,6，管路20.1、 20.2、 20.3、 20.4、 20.5、 18.6匯集到回油管路14。由于各驅(qū) 動(dòng)液壓馬達(dá)并連連接，在泵輸出流量一定的情況下，進(jìn)入每個(gè)液壓馬達(dá)的流量 之和等于泵輸出流量，每個(gè)液壓馬達(dá)兩端的壓差為系統(tǒng)工作壓力，適合低轉(zhuǎn)速大扭矩工況。
當(dāng)盾構(gòu)在硬質(zhì)地層中掘進(jìn)時(shí)，其刀盤驅(qū)動(dòng)的典型工況為高速小扭矩。此時(shí)，
二位二通換向閥9.1的電磁鐵得電，二位二通換向閥9.2、 9.3、 9.4、 9.5、 9.6的 電磁鐵斷電，二位三通換向閥10.1、 10.2、 10.3、 10.4、 10.5的電磁鐵得電，管 路15中的高壓油經(jīng)管路16.1、 二位二通換向閥9.1、管路17.1、液壓馬達(dá)ll.l、 管路18.1、 二位三通換向閥10.1、管路19.1、液壓馬達(dá)11.2、管路18.2、 二位 三通換向閥10.2、管路19.2、液壓馬達(dá)11.3、管路18.3、 二位三通換向閥10.3、 管路19.3、液壓馬達(dá)11.4、管路18.4、 二位三通換向閥10.4、管路19.4、液壓 馬達(dá)11.5、管路18.5、 二位三通換向閥10.5、管路19.5、液壓馬達(dá)11.6、管路 18.6流回到管路14。由于各驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)串連連接，在泵輸出流量一定的情況 下，進(jìn)入每個(gè)液壓馬達(dá)的流量等于泵輸出流量，各個(gè)液壓馬達(dá)兩端的壓差之和 等于系統(tǒng)工作壓力，適合高轉(zhuǎn)速小扭矩工況。
當(dāng)雙向變量泵2的兩端油口互換時(shí)，管路15變?yōu)榛赜凸?，管?4變?yōu)楦?壓油管，各油路中液壓油的流動(dòng)方向與上述情況相反，此時(shí)液壓馬達(dá)在并聯(lián)或 串聯(lián)方式下實(shí)現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)，其工作原理與前述情況相同
單向閥3.1、 3.2與安全閥4.1組成限壓回路，當(dāng)管路15為壓油管時(shí)，管路 15中的液壓油經(jīng)管路23、單向閥3.1、管路26流至安全閥4.1進(jìn)油口，當(dāng)系統(tǒng) 壓力超過安全閥設(shè)定壓力時(shí)，安全閥4.1打開，管路26中的一部分液壓油流到 補(bǔ)油管路30中，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)卸壓。當(dāng)管路14為壓油管時(shí)，管路14中的液壓油經(jīng) 管路25、單向閥3.2、管路24流至安全閥4.1進(jìn)油口，實(shí)現(xiàn)限壓保護(hù)。
電機(jī)6驅(qū)動(dòng)補(bǔ)油泵7從油箱8吸油，壓力油經(jīng)過管路31至管路30、溢流閥 4.2進(jìn)油口。當(dāng)管路14為回油管路時(shí)，管路30中的液壓油壓力高于管路14中 液壓油壓力，管路30中的液壓油經(jīng)單向閥5.2流進(jìn)管路14進(jìn)行補(bǔ)油。當(dāng)管路 15為回油管路時(shí)，管路30中的液壓油壓力高于管路15中液壓油壓力，管路30 中的液壓油經(jīng)單向閥5.1流進(jìn)管路15進(jìn)行補(bǔ)油。系統(tǒng)的補(bǔ)油壓力由溢流閥4.2 設(shè)定，補(bǔ)油系統(tǒng)多余流量經(jīng)溢流閥4.2、管路33流回油箱。
壓力傳感器12在梭閥13的作用下能夠始終檢測(cè)到液壓系統(tǒng)中高壓腔的壓 力，此信號(hào)可實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)雙向變量泵2的變量機(jī)構(gòu)，改變泵的 排量，構(gòu)成負(fù)載敏感系統(tǒng)，使系統(tǒng)更加節(jié)能。
由于本系統(tǒng)所采用的泵和馬達(dá)排量均可變，因此不僅可以通過改變馬達(dá)的 連接方式實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)刀盤在不同工況下高低轉(zhuǎn)速的切換，而且在每一種連接方式 下，通過調(diào)節(jié)變量泵和變量馬達(dá)的排量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)高速工況和低速工況下的無級(jí)調(diào)速。
上述具體實(shí)施方式
用來解釋說明本實(shí)用新型，而不是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限 制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型作出的任何 修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種采用馬達(dá)串并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)的盾構(gòu)刀盤液壓系統(tǒng)，其特征在于電機(jī)(1)經(jīng)聯(lián)軸器與雙向變量泵(2)剛性連接；雙向變量泵(2)的一端油口分別與第一、第二、第三、第四、第五和第六二位二通換向閥(9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6)的進(jìn)油口相連，雙向變量泵(2)的另一端油口分別與第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向閥(10.1、10.2、10.3、10.4、10.5)的第一油口相連；第一、第二、第三、第四、第五和第六二位二通換向閥(9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6)的出油口分別與各自的第一、第二、第三、第四、第五和第六液壓馬達(dá)(11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6)的一端油口相連；第一、第二、第三、第四和第五液壓馬達(dá)(11.1、11.2、11.3、11.4、11.5)的另一端油口分別與各自的第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向閥(10.1、10.2、10.3、10.4、10.5)第二油口相連，第六液壓馬達(dá)(11.6)的另一端油口與雙向變量泵(2)的另一端油口連接；第一、第二、第三、第四和第五二位三通換向閥(10.1、10.2、10.3、10.4、10.5)的第三油口與各自的第二、第三、第四、第五和第六液壓馬達(dá)(11.2、11.3、11.4、11.5、11.6)的一端油口相連；梭閥(13)的兩端進(jìn)油口分別與變量泵(2)兩端油口連接，梭閥(13)的出油口與壓力傳感器(12)連接；補(bǔ)油泵(7)的軸與電機(jī)(6)連接；補(bǔ)油泵(7)吸油口連接油箱(8)，補(bǔ)油泵(7)的出油口與溢流閥(4.2)進(jìn)油口及第一、第二補(bǔ)油單向閥(5.1、5.2)的進(jìn)油口相連；溢流閥(4.2)出油口與油箱(8)連接；第一、第二補(bǔ)油單向閥(5.1、5.2)的出油口分別與雙向變量泵(2)兩端油口相連；安全閥(4.1)進(jìn)油口與第一、第二限壓?jiǎn)蜗蜷y(3.1、3.2)出油口相連，安全閥(4.1)出油口與溢流閥(4.2)進(jìn)油口相連；第一、第二限壓?jiǎn)蜗蜷y(3.1、3.2)進(jìn)油口分別與雙向變量泵(2)兩端油口相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種采用馬達(dá)串并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)的盾構(gòu)刀盤液壓系統(tǒng)。包括電機(jī)、雙向變量泵、二位三通換向閥、二位二通換向閥、變量馬達(dá)、溢流閥、單向閥和補(bǔ)油泵。該系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)盾構(gòu)刀盤的各液壓馬達(dá)之間的連接可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)和串聯(lián)方式的相互切換，從而使刀盤更好地適應(yīng)不同地質(zhì)條件掘進(jìn)工況的需要。由于串聯(lián)方式下流入各液壓馬達(dá)的流量均為泵的輸出流量，刀盤轉(zhuǎn)速的調(diào)速范圍得到了大幅提高。本實(shí)用新型中的盾構(gòu)刀盤驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)由于采用了液壓馬達(dá)串并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)的方式，拓寬了刀盤調(diào)速范圍，能夠有效減小動(dòng)力油源中液壓泵的排量，且由于閉式系統(tǒng)油源體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，可降低系統(tǒng)成本。
文檔編號(hào)F15B13/00GK201288568SQ20082016791
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2008年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
發(fā)明者峰 劉, 虎 施, 楊華勇, 龔國芳 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)