盾构机液压系统原理(海瑞克).doc

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1、|盾 构 机 液 压 系 统 原 理一 . 液 压 系 统 原 理盾 构 机 的 绝 大 部 分 工 作 机 构 主 要 由 液 压 系 统 驱 动 来 完 成 ， 液 压 系 统可 以 说 是 盾 构 机 的 心 脏 ， 起 着 非 常 重 要 的 作 用 。 这 些 系 统 按 其 机 构 的 工作 性 质 可 分 为 ：1. 盾 构 机 液 压 推 进 及 铰 接 系 统2. 刀 盘 切 割 旋 转 液 压 系 统3. 管 片 拼 装 机 液 压 系 统4. 管 片 小 车 及 辅 助 液 压 系 统5. 螺 旋 输 送 机 液 压 系 统6. 液 压 油 主 油 箱 及 冷 却 过 滤

2、 系 统7. 同 步 注 浆 泵 液 压 系 统8. 超 挖 刀 液 压 系 统以 上 8 个 系 统 除 同 步 注 浆 泵 液 压 系 统 在 1 号 拖 车 、 超 挖 刀 液 压 系 统 在盾 壳 前 体 为 两 个 独 立 的 系 统 外 ， 其 余 6 个 液 压 系 统 都 共 用 一 个 油 箱 ，并 安 装 在 2 号 拖 车 上 组 成 一 个 液 压 泵 站 。 有 的 系 统 还 相 互 有 联 系 。 下 面 就分 别 介 绍 一 下 以 上 8 个 液 压 系 统 的 作 用 及 工 作 原 理 。(一 ) 盾 构 机 液 压 推 进 及 铰 接 系 统1. 盾 构

3、 机 液 压 推 进（ 1） 盾 构 机 液 压 推 进 系 统 的 组 成盾 构 机 液 压 推 进 系 统 由 液 压 泵 站 ， 调 速 、 调 压 机 构 ， 换 向 控 制 阀 组 及推 进 油 缸 组 成 ， 30 个 油 缸 分 20 组 均 布 的 安 装 在 盾 构 中 体 内 圆 壁 上 （ 见图 ） ， 并 分 为 上 、 下 、 左 、 右 四 个 可 调 整 液 压 压 力 的 区 域 ， 为 盾 构 机 前 进 提供 推 进 力 、 推 进 速 度 ， 通 过 调 整 四 个 区 域 的 压 力 差 来 实 现 盾 构 机 的 转 弯 调 向|及纠 偏 功 能 。

4、铰 接 系 统 的 主 要 作 用 是 减 小 盾 构 机 转 弯 或 纠 偏 时 的 曲 率 半 径上 的 直 线 段 ， 从 而 减 少 盾 尾 与 管 片 、 盾 体 与 围 岩 间 的 摩 擦 阻 力 。（ 2） 推 进 系 统 液 压 泵 站 ：推 进 系 统 的 液 压 泵 站 是 由 一 恒 压 变 量 泵 （ 1P001） 和 一 定 量 泵（ 1P002） 组 成 的 双 联 泵 ， 功 率 为 75KW， 恒 压 变 量 泵 为 盾 构 的 前 进 提 供恒 定 的 动 力 。 恒 压 泵 的 压 力 可 通 过 油 泵 上 的 电 液 比 例 溢 流 阀 （ A300）调

5、 整 ， 流 量 在 0-qmax 范 围 内 变 化 时 ， 调 整 后 的 泵 供 油 压 力 保 持 恒 定 。 恒 压式 变 量 泵 常 用 于 阀 控 系 统 的 恒 压 油 源 以 避 免 溢 流 损 失 。|由 恒 压 变 量 泵 输 出 的 高 压 油 分 别 送 达 A、 B、 C、 D 四 组 并 联 的 推 进方 向 控 制 阀 组 ， 经 过 阀 组 的 流 量 、 压 力 调 整 和 换 向 后 再 去 控 制 推 进 油 缸 ，从 而 使 推 进 油 缸 的 推 进 速 度 、 推 力 大 小 及 方 向 得 到 准 确 控 制 。 因 每 组 油缸 的 控 制 原

6、 理 都 一 样 ， 下 面 就 以 B 组 中 的 第 一 个 油 缸 控 制 为 例 ， 介 绍 其作 用 和 工 作 原 理 。油 泵 输 出 的 高 压 油 经 高 压 管 路 由 B 组 的 P 口 进 入 ， 一 路 径 F1（ 过滤 ） A111（ 流 量 调 整 ） A101（ 压 力 调 整 ） 经 电 液 换 向 阀 进 入 推 进油 缸 。 缸 的 快 进 快 退 ， 提 高 工 作 效 率 。 A783 控 制 的 插 装 阀 。 A403 为 推进 油 缸 底 端 预 卸 荷 阀 。 阀 组 中 还 有 液 控 单 向 阀 、 载 荷 溢 流 阀 ， 以 及A256

7、压 力 传 感 器 和 油 缸 行 程 传 感 器 。 四 组 阀 组 中 的 电 液 换 向 阀 的 液 控油 由 定 量 泵 （ 1P002） 经 减 压 阀 （ 1V034） 提 供 。|2. 铰 接 装 置 工 作 模 式 分 三 种 ：铰 接 装 置 的 动 力 来 源 于 推 进 系 统 的 液 压 泵 站 中 的 定 量 泵 （ 1P002） ，铰 接 装 置 的 加 载 和 卸 载 由（ A349） 两 位 两 通 电 液 阀 控 制 。（ 1） 铰 接 回 收 （ PULL 或RETRACTION） 模 式 (减 小 铰 接 间隙 )， 定 量 泵 输 送 来 的 高 压 油

8、 从 阀 快（ 2C001） P 口 进 入 ， 此 时（ H001） 不 得 电 截 止 ， （ H002）得 电 导 通 ， 高 压 油 进 入 铰 接 油 缸 的有 杆 腔 使 铰 接 油 缸 回 收 。（ 2） 铰 接 保 持 （ HOLD 或 FREE） 模 式 （ 浮 动 模 式 ） ， 该 模 式 下（ H001、 H002） 都 不 得 电 截 止 。 铰 接 油 缸 有 杆 腔 的 油 被 封 闭 ， 油 量 保|持 不 变 ， 被 封 闭 的 油 在 所 有 相 互 并 联 的 有 杆 腔 内 互 相 补 偿 ， 直 线 推 进 时保 持 铰 接 间 隙 ， 转 弯 时 处

9、 于 浮 动 状 态 。（ 3） 铰 接 释 放 （ RELEASE 或 LOOSE） 模 式 （ 伸 长 模 式 ） ， 当（ H001） 得 电 导 通 ， （ H002） 无 电 截 止 时 ， 铰 接 油 缸 有 杆 腔 的 油 接 通低 压 ， 在 盾 构 机 推 进 时 ， 因 盾 尾 的 阻 力 使 铰 接 油 缸 被 拉 长 ， 达 到 增 大 铰 接 间隙 的 目 的 。 该 油 路 中 还 设 有 负 载 溢 流 阀 （ V2） 、 压 力 传 感 器 （ H005）及 铰 接 间 隙 长 度 传 感 器 。 另 外 可 以 通 过 （ 2V003、 2V004、 ） 的

10、导 通 和截 止 达 到 铰 接 保 持 和 铰 接 释 放 功 能 。 但 当 （ 2V003、 2V004） 两 个 阀 的截 止 ， 在 铰 接 油 缸 有 杆 腔 的 压 力 过 高 时 (盾 构 机 推 进 时 ， 盾 尾 如 果 被 卡 住 )，因 无 压 力 传 感 器 的 压 力 显 示 和 载 荷 溢 流 阀 的 溢 流 ， 可 能 会 使 铰 接 油 缸 损 坏或 油 管 爆 裂 。|(二 ) 刀 盘 旋 转 液 压 系 统刀 盘 旋 转 系 统 可 分 为 补 油 回 路 、 主 工 作 回 路 、 外 部 控 制 供 油 泵 、 主 泵 外部 控 制 回 路 、 马 达

11、 外 部 控 制 回 路 。 刀 盘 旋 转 系 统 是 为 刀 盘 切 割 岩 石 或 土 壤 时提 供 转 速 和 扭 矩 ， 要 求 根 据 岩 石 地 质 的 变 化 转 速 能 够 方 便 的 调 整 。 为 了 得 到较 大 的 功 率 和 扭 矩 ， 该 系 统 采 用 3 台 315KW 的 双 向 变 量 液 压 泵 并 联 ， 带动 8 台 双 向 两 速 低 速 大 扭 矩 液 压 马 达 。 下 面 分 别 介 绍 各 回 路 的 作 用 及 工 作 原理 。补 油 回 路 ： 因 主 工作 回 路 是 闭 式 回 路 ， 加之 系 统 功 率 大 ， 需 要 进行 补

12、 油 和 散 热 ， 所 以 设置 了 一 套 补 油 回 路 对 其进 行 补 油 和 散 热 。 为 增大 散 热 效 率 ， 补 油 回 路采 用 了 55KW 低 压 大流 量 的 定 量 泵 来 带 走 闭式 回 路 中 的 大 量 热 量 ，同 时 也 对 其 进 行 了 补 油 。补 油 泵 从 油 箱 泵 出 的 油经 两 个 滤 清 器（ 1F001、 1F002） 进入 3 个 主 泵 的 E 口 ，并 通 过 两 个 单 向 阀 分别 对 闭 式 回 路 的 低 压 端 进 行 补 油 ， 然 后 经 主 泵 的 高 压 端 为 液 压 马 达 提 供动 力 油 。 从

13、马 达 返 回 的 携 带 热 量 的 低 压 油 又 回 到 主 泵 ， 一 部 分 又 进 入 主 泵 的高 压 端 ， 一 部 分 经 排 放 阀 从 主 泵 的 K1 口 流 出 ， 并 经 一 节 流 阀 流 回 油 箱 进行 冷 却 。 补 油 回 路 中 还 设 有 蓄 能 器 和 压 力 传 感 器 ， 蓄 能 器 是 保 证 回 路 的 压 力平 稳 。 主 工 作 回 路 由 主 泵 和 液 压 马 达 组 成 ， 主 泵 是 一 315KW 的 双 向 变量 泵 ， 在 主 泵 的 主 回 路 中 有 补 油 单 向 阀 、 载 荷 溢 流 阀 、 及 低 压 排 放 阀

14、 ， 主泵 的 控 制 回 路 有 主 泵 斜 盘 伺 服 油 缸 及 双 向 伺 服 控 制 阀 ， 司 服 阀 由 外 部 控 制|回 路 调 压 控 制 ， 以 便 实 现 换 向 和 无 级 调 速 。 两 个 补 油 单 向 阀 分 别 向 低 压 侧 进行 补 油 ， 另 一 个 带 弹 簧 符 号 的 单 向 阀 是 当 两 侧 回 路 都 较 高 或 相 等 时 （ 如 ： 主泵 斜 盘 角 度 为 0 时 ） ， 补 油 直 接 通 过 它 ， 并 经 节 流 阀 （ 1Z017） 返 回 油 箱 。载 荷 溢 流 阀 当 载 荷 过 大 时 使 过 高 的 压 力 油 泄

15、至 低 压 侧 ， 以 达 到 保 护 系 统 不 受损 坏 。 排 放 阀 用 于 闭 式 系 统 多 余 的 热 油 经 低 压 侧 排 放 回 油 箱 。 节 流 阀（ 1Z017） 是 保 证 排 放 出 的 压 力 油 与 油 箱 之 间 形 成 约 20bar 的 压 差 。主 泵 控 制 回 路 用 于 控 制 其 斜 盘 的 角 度 ， 以 实 现 刀 盘 的 正 反 转 及 转 速的 无 级 调 整 。 外 来 控 制 油 经 换 向 阀 （ 1V002） 到 达 司 服 阀 的 左 右 端 ， 使 司服 油 缸 的 无 杆 腔 进 油 和 排 油 来 实 现 活 塞 杆 的

16、 左 右 移 动 ， 从 而 完 成 斜 盘 角 度 的控 制 。 外 来 控 制 油 是 通 过 外 部 控 制 回 路 中 的 电 比 例 溢 流 阀 （ B006） 提供 ， 调 整 范 围 0-45bar。|马 达 回 路 含 有 司 服 油 缸 、 司 服 阀 及 低 压 排 放 阀 ， 司 服 阀 由 主 回 路 压 力 及 外部 控 制 回 路 控 制 ， 当马 达 外 载 荷 增 大 时 ，主 回 路 高 压 侧 的 油 压随 之 升 高 ， 高 压 油 经过 单 向 阀 ， 一 路 到 达司 服 阀 左 端 ， 使 司 服阀 右 移 ， 一 路 到 达 司服 阀 P 口 经

17、减 压 阀 进入 司 服 油 缸 无 杆 腔 使斜 盘 角 度 增 大 ， 从 而降 低 转 速 增 加 扭 矩 ，外 部 控 制 回 路 由 控 制油 泵 提 供 控 制 油 压 ，当 无 控 制 油 压 时 ， 马达 处 于 高 速 档 ， 当 外部 提 供 油 压 时 ， 司 服阀 右 移 ， 使 马 达 处 于低 速 档 ， 从 而 实 现 了两 速 控 制 。外 部 控 制 供 油 泵（ 2P001） ： 控 制 油泵 是 一 台 5.5KW 的恒 压 变 量 泵 ， 泵 中 的两 个 司 服 阀 上 面 一 个与 溢 流 阀 联 合 控 制 泵的 压 力 ， 下 面 一 个 以控

18、制 流 量 为 主 。（ B040） 为 加 载 电 磁阀 。 该 泵 的 油 通 过 滤 清 器 （ 2F001） 向 刀 盘 旋 转 系 统 的 主 泵 和 液 压 马 达 以|及 螺 旋 输 送 机 的 控 制 回 路 供 油 。 一 路 去 旋 转 主 泵 回 路 的 控 制 阀 ， 一 路 去 旋 转马 达 控 制 阀 ， 另 两 路 去 两 台 螺 旋 输 送 机 的 主 泵 控 制 阀 。进 入 旋 转 主 泵 控 制 阀 的 油 经 节 流 和 减 压 后 在 经 电 液 比 例 溢 流 阀（ B006） 向 旋 转 主 泵 司 服 阀 提 供 0-45bar 的 可 变 压

19、控 制 油 压 ， 以 实 现 转 速的 无 级 调 整 。 另 外 从 主 泵 P 口 (H88)和 梭 阀 （ V030、 H92） 反 馈 到 控 制 阀（ 2C003） 并 汇 集 到 两组 溢 流 阀 和 载 荷 感 知 阀 ，两 组 溢 流 阀 由 手 动 两 位四 通 阀 转 换 ， 正 常 工 作时 使 用 左 边 溢 流 阀 ， 增大 扭 矩 时 使 用 右 边 溢 流阀 （ 只 能 短 时 间 使 用 ） ，手 动 阀 自 动 回 位 。 感 知阀 是 在 扭 矩 突 然 增 大 时 ，反 馈 的 油 压 将 减 低 其溢 流 压 力 ， 使 控 制 主 泵伺 服 的 压

20、力 降 低 ， 从 而减 小 主 泵 斜 盘 角 降 低 刀盘 转 速 。进 入 旋 转 马 达 控 制 阀 P 口 的 油 经 节 流 阀 （ M10） 又 分 两 路 ， 一 路 经减 压 阀 、 两 位 四 通 电 磁 阀 （ B032） 到 （ H86） 旋 转 马 达 控 制 马 达 的 高 低|速 。 另 一 路 经 减 压 阀 、 两 位 四 通 阀 （ B033） 、 单 向 节 流 阀 去 控 制 马 达（ 1A002） 的 刹 车 （ 1G002） 。 在 （ 1A002） 马 达 上 装 有 旋 转 方 向 传 感 器（ 1S026、 B035） 、 马 达 高 低 速

21、传 感 器 （ 1S025、 B038） 和 油 温 传 感 器（ 1S023、 B050） 。 在 刹 车 回 路 中 设 有 蓄 能 器 （ 2C002） ， 与 单 向 节 流 阀一 起 保 证 了 刹 车 时 的 快 杀 慢 放 。(三 ) 管 片 拼 装 机 液 压 系 统为 了 提 高 管 片 的 拼 装 效 率 及 避 免 拼 装 中 的 管 片 损 坏 ， 要 求 系 统 要 有 一 定的 速 度 、 准 确 的 移 动 位 置 精 度 、 足 够 的 活 动 自 由 度 及 可 靠 的 安 全 度 。 速 度 由一 55KW 的 双 联 恒 压 变 量 泵 提 高 的 流 量

22、 控 制 ， 精 度 靠 电 液 比 例 司 服 阀 控 制 ，自 由 度 有 ： 管 片 的左 右 旋 转 、 提 升（ 可 左 右 分 别 提 升及 同 时 提 升 ） 、 前后 水 平 六 个 自 由 度 ，并 有 管 片 的 抓 紧及 绕 抓 举 头 水 平微 转 、 前 后 微 倾 的微 调 功 能 。55KW 的 双 联恒 压 变 量 泵 为 拼 装机 提 供 动 力 。 当 用快 速 档 时 ， 双 泵 同时 工 作 。 低 速 档时 ， 只 （ 1P002）工 作 。 加 载 阀（ C003、 C004） 由 PLC 控 制 ， 根 据 拼 装 机 的 工 作 速 度 可 对 其 进 行 分 别控 制 或 同 时 控 制 。旋 转 控 制 ： 油 泵 输 出 的 高 压 油 一 路 经 减 压 阀 （ DM） 减 至 30bar 到达 电 液 比 例 阀 然 后 控 制 司 服 阀 以 达 到 控 制 流 量 来 控 制 马 达 旋 转 速 度 。 各 阀 的功 能 如 下 ， DM 为 控 制 油 减 压 阀 ， DBV2 为 控 制 油 溢 流 阀 ， DBV1 与 插