一種隧道掘進(jìn)機(jī)推力負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)，尤其涉及一種隧道掘進(jìn)機(jī)推力負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隧道掘進(jìn)機(jī)是一種新型隧道施工機(jī)械，它通過(guò)由電機(jī)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的刀盤切削巖土，在推進(jìn)系統(tǒng)作用下向前頂進(jìn)，輸送帶將切削下的巖土運(yùn)送出去，后配套系統(tǒng)對(duì)開挖完成的隧道進(jìn)行支護(hù)，從而使隧洞全斷面一次開挖成形。隧道掘進(jìn)機(jī)施工法集機(jī)電液控制于一體，具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、環(huán)保等施工特點(diǎn)，是隧道施工的不二選擇。
[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(duì)不同的地質(zhì)條件適應(yīng)性較差，比如土平衡盾構(gòu)只適用于軟土砂石地質(zhì)，含水量較高的土層需要使用泥水平衡盾構(gòu)，而針對(duì)硬巖掘進(jìn)則需要選用硬巖掘進(jìn)機(jī)(簡(jiǎn)稱TBM)。不同的土質(zhì)或巖石對(duì)掘進(jìn)機(jī)的推力負(fù)載作用差別很大，直接影響到掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)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)推力負(fù)載研宄具有重要意義。
[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(wú)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。現(xiàn)有推力負(fù)載模擬方案有些采用填埋土箱或放置巖塊作為負(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，并具有成熟的直線負(fù)載元件液壓缸以及配套的傳感器，因此采用液壓系統(tǒng)作推力負(fù)載模擬具有其他方案難以替代的優(yōu)勢(shì)。
[0005]現(xiàn)有液壓推力負(fù)載模擬系統(tǒng)，如專利CN201010613390.1中，速度負(fù)載和壓力負(fù)載是并聯(lián)關(guān)系，只能對(duì)推力負(fù)載做理想化的分別模擬；專利CN201110395900.7中僅能實(shí)現(xiàn)壓力負(fù)載的模擬，無(wú)法模擬掘進(jìn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)負(fù)載。因此，目前現(xiàn)在還沒(méi)有一種適用于隧道掘進(jìn)機(jī)推力負(fù)載模擬的液壓系統(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種隧道掘進(jìn)機(jī)推力負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)，通過(guò)串聯(lián)細(xì)長(zhǎng)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)成推力負(fù)載模擬閥組，將其連接于負(fù)載模擬缸和油箱之間，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，為隧道掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
[0007]本實(shí)用新型解決技術(shù)其問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]本實(shí)用新型包括推進(jìn)油缸、推力負(fù)載油缸、復(fù)位單向閥、油箱、連接件、細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥、薄刃口電磁比例節(jié)流閥和電磁比例溢流閥；推進(jìn)油缸的無(wú)桿腔與推進(jìn)油路的一個(gè)油口 Al連通，推進(jìn)油缸的有桿腔與推進(jìn)油路的另一個(gè)油口 BI連通，推進(jìn)油缸和推力負(fù)載油缸的活塞桿伸出端通過(guò)連接件固接；復(fù)位單向閥的進(jìn)油口 P3連通推力負(fù)載油缸的無(wú)桿腔和油箱，復(fù)位單向閥的出油孔T3分為兩路，一路與推力負(fù)載油缸的有桿腔連通，另一路經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥、薄刃口電磁比例節(jié)流閥和電磁比例溢流閥后接油箱。
[0009]所述油箱中，油液風(fēng)冷閥組的進(jìn)、出油口與油箱連通。
[0010]所述細(xì)長(zhǎng)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(hào)，并均能調(diào)節(jié)到閥口全開，即等效于將對(duì)應(yīng)閥短路。
[0011]本實(shí)用新型與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是:
[0012]通過(guò)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(lái)并統(tǒng)一的進(jìn)行參數(shù)調(diào)定，將推力負(fù)載的設(shè)定與巖土靜壓設(shè)定和推進(jìn)速度統(tǒng)一考慮，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)推力負(fù)載的高保真模擬。該負(fù)載模擬系統(tǒng)同樣適用于其他直線推力負(fù)載的動(dòng)態(tài)模擬場(chǎng)合。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的隧道掘進(jìn)機(jī)推力負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)圖。
[0014]圖中:1、推進(jìn)油缸，2、推力負(fù)載油缸，3、復(fù)位單向閥，4、油箱，5、連接件，6、油液風(fēng)冷閥組，7、細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥，8、薄刃口電磁比例節(jié)流閥，9、電磁比例溢流閥。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]如圖1所示，本實(shí)用新型包括推進(jìn)油缸1、推力負(fù)載油缸2、復(fù)位單向閥3、油箱4、連接件5、細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥7、薄刃口電磁比例節(jié)流閥8和電磁比例溢流閥9 ;推進(jìn)油缸I的無(wú)桿腔與推進(jìn)油路的一個(gè)油口 Al連通，推進(jìn)油缸I的有桿腔與推進(jìn)油路的另一個(gè)油口 BI連通，推進(jìn)油缸I和推力負(fù)載油缸2的活塞桿伸出端通過(guò)連接件5固接；復(fù)位單向閥3的進(jìn)油口 P3連通推力負(fù)載油缸2的無(wú)桿腔和油箱4，復(fù)位單向閥3的出油孔T3分為兩路，一路與推力負(fù)載油缸2的有桿腔連通，另一路接細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥7進(jìn)油口 P7，細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥7出油口 T7連通薄刃口電磁比例節(jié)流閥8進(jìn)油口 P8，薄刃口電磁比例節(jié)流閥8出油口 T8連通電磁比例溢流閥9進(jìn)油口 P9，電磁比例溢流閥9出油口 T9接油箱4。
[0017]所述油箱4中，油液風(fēng)冷閥組6的進(jìn)、出油口與油箱4連通。
[0018]所述細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥7、薄刃口電磁比例節(jié)流閥8、電磁比例溢流閥9均由外接控制單元給出參數(shù)調(diào)節(jié)信號(hào)，并均能調(diào)節(jié)到閥口全開，即等效于將對(duì)應(yīng)閥短路。
[0019]本實(shí)用新型的工作原理如下:
[0020]如圖1所示，推進(jìn)油路Al 口通高壓，推進(jìn)油缸I的活塞桿伸出，通過(guò)連接件5帶動(dòng)推力負(fù)載油缸2活塞桿壓縮小腔形成高壓，復(fù)位單向閥3此時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，推力負(fù)載油缸2有桿腔的高壓泄油經(jīng)由細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥7進(jìn)油口 P7、細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥7出油口 T7之間的細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥7產(chǎn)生與流量線性相關(guān)的節(jié)流壓降，經(jīng)薄刃口電磁比例節(jié)流閥8進(jìn)油口 P8、薄刃口電磁比例節(jié)流閥8出油口 T8之間的薄刃口電磁比例節(jié)流閥8產(chǎn)生的與流量二次方成正比的節(jié)流壓降，以及經(jīng)比例溢流閥9進(jìn)油口 P9、電磁比例溢流閥9出油口 T9的電磁比例溢流閥9產(chǎn)生的溢流壓降回到油箱4，油液風(fēng)冷閥組6將經(jīng)過(guò)節(jié)流損耗發(fā)熱的油液冷卻，推力負(fù)載油缸2活塞桿跟隨推進(jìn)油缸I活塞桿在連接件5的連接作用下等速推進(jìn)，從而將巖土靜負(fù)載和掘進(jìn)引起的與推進(jìn)速度相關(guān)的動(dòng)態(tài)負(fù)載結(jié)合起來(lái)，調(diào)定細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥7、薄刃口電磁比例節(jié)流閥8的流量-壓力系數(shù)以及電磁比例溢流閥9溢流壓力，從而使推力負(fù)載油缸2有桿腔的泄油壓力P與泄油流量q的關(guān)系滿足:
[0021]p = aq+bq2+c (I)
[0022]其中:a—一細(xì)長(zhǎng)孔節(jié)流閥流量-壓力系數(shù)；
[0023]b一一薄刃口節(jié)流閥流量-壓力系數(shù)；
[0024]c一一溢流閥設(shè)定溢流壓力；
[0025]P一一推力負(fù)載油缸有桿腔泄油壓力。
[0026]此時(shí)模擬的推力負(fù)載功率K滿足:
[0027]K = pq = aq2+bq3+cq (2)
[0028]而推進(jìn)油缸I活塞桿推進(jìn)速度V與泄油流量q滿足:
[0029]q = Sv (3)
[0030]其中:S——推力負(fù)載油缸2有桿腔面積。
[0031]則模擬的推力負(fù)載力F與推進(jìn)速度V的關(guān)系滿足:
[0032]F = pS = aS2v+bS3v2+cS (4)
[0033]模擬的推力負(fù)載功率K與推進(jìn)速度V之間的關(guān)系滿足:
[0034]K = pq = pSv = aS2v2+bS3v3+cSv (5)
[0035]通過(guò)調(diào)定參數(shù)a、b、c可以簡(jiǎn)單重復(fù)的模擬不同的掘進(jìn)地質(zhì)條件。當(dāng)試驗(yàn)完成后，推進(jìn)油路BI腔通高壓油，推進(jìn)油缸I活塞桿回收，通過(guò)連接件5帶動(dòng)推力負(fù)載油缸2回縮，此時(shí)復(fù)位單向閥3導(dǎo)通，油液經(jīng)復(fù)位單向閥3進(jìn)入到推力負(fù)載油缸2的有桿腔實(shí)現(xiàn)復(fù)位。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種隧道掘進(jìn)機(jī)推力負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)，其特征在于:包括推進(jìn)油缸(1)、推力負(fù)載油缸(2)、復(fù)位單向閥(3)、油箱(4)、連接件(5)、細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥(7)、薄刃口電磁比例節(jié)流閥(8)和電磁比例溢流閥(9);推進(jìn)油缸(I)的無(wú)桿腔與推進(jìn)油路的一個(gè)油口 Al連通，推進(jìn)油缸(I)的有桿腔與推進(jìn)油路的另一個(gè)油口 BI連通，推進(jìn)油缸(I)和推力負(fù)載油缸(2)的活塞桿伸出端通過(guò)連接件(5)固接；復(fù)位單向閥(3)的進(jìn)油口 P3連通推力負(fù)載油缸(2)的無(wú)桿腔和油箱(4)，復(fù)位單向閥(3)的出油孔T3分為兩路，一路與推力負(fù)載油缸(2)的有桿腔連通，另一路經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥(7)、薄刃口電磁比例節(jié)流閥(8)和電磁比例溢流閥(9)后接油箱(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道掘進(jìn)機(jī)推力負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)，其特征在于:所述油箱(4)中，油液風(fēng)冷閥組(6)的進(jìn)、出油口與油箱(4)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道掘進(jìn)機(jī)推力負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)，其特征在于:所述細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥(7 )、薄刃口電磁比例節(jié)流閥(8 )、電磁比例溢流閥(9 )均由外接控制單元給出參數(shù)調(diào)節(jié)信號(hào)，并均能調(diào)節(jié)到閥口全開，即等效于將對(duì)應(yīng)閥短路。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種隧道掘進(jìn)機(jī)推力負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)。推進(jìn)油缸的無(wú)桿腔與推進(jìn)油路的一個(gè)油口連通，有桿腔與推進(jìn)油路的另一個(gè)油口連通，推進(jìn)油缸和推力負(fù)載油缸的活塞桿相連；復(fù)位單向閥的進(jìn)油口連通推力負(fù)載油缸大腔和油箱，復(fù)位單向閥的出油孔，一路與推力負(fù)載油缸有桿腔連通，另一路經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔電磁比例節(jié)流閥、薄刃口電磁比例節(jié)流閥和電磁比例溢流閥后接油箱，油液風(fēng)冷閥組的進(jìn)、出油口與油箱連通。本實(shí)用新型通過(guò)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(lái)并統(tǒng)一的進(jìn)行參數(shù)調(diào)定，將推力負(fù)載的設(shè)定與巖土靜壓設(shè)定和推進(jìn)速度統(tǒng)一考慮，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)推力負(fù)載的高保真模擬。該負(fù)載模擬系統(tǒng)同樣適用于其他直線推力負(fù)載的動(dòng)態(tài)模擬場(chǎng)合。
【IPC分類】F15B11-028, F15B11-16, F15B13-06
【公開號(hào)】CN204344552
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420677162
【發(fā)明人】龔國(guó)芳, 劉統(tǒng), 張振, 饒?jiān)埔? 王偉, 吳偉強(qiáng), 楊華勇
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2014年11月13日