盾构机液压原理

广州吉原交通技术工程有限公司盾构液压系统2012年３月南京1、盾构机液压推进2、铰接系统3、刀盘切割旋转液压系统4、管片拼装机液压系统5、管片小车及辅助液压系统*6、螺旋输送机液压系统*7、液压油主油箱及冷却过滤系统8、同步注浆泵液压系统9、超挖刀液压系统*目录一、盾构机液压推进功能：。提供盾构机前进的推力。控制盾构机前进速度。盾构机转向及纠偏盾构机液压系统1、盾构机液压推进系统组成1）、液压泵站，2）、调速、调压机构，3）、换向控制阀组，4）、32个推进油缸，32个推进油缸分16组均布的安装在盾构中盾内圆周上（见下图），并分为上、下、左、右四个可调整液压压力的区域盾构机液压系统A区：1A015至1A001B区：1A002至1A005C区：1A006至1A010D区：1A011至1A014绿色圆圈为带测长传感器的推进油缸。盾构机液压系统推进液压泵站盾构机液压系统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。QPqmax0q1qi盾构机液压系统.来自1P001泵来自1P002盾构机液压系统•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。A807控制的插装阀。A402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A091压力传感器和油缸行程传感器(A1110)。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。盾构机液压系统二、铰接系统来自1P002铰接油缸分布图（14个）绿色圆点代表带行程传感器油缸盾构机液压系统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（2V008、2V004、）的导通和截止达到铰接保持和铰接释放功能。但当（2V008、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。盾构机液压系统三、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。盾构机液压系统补油回路：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，盾构机液压系统主泵和控制回路盾构机液压系统主泵及控制回路：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，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。盾构机液压系统bookmagazine_盾构机液压系统马达及控制回路盾构的历史马达及控制回路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。盾构机液压系统外部控制油泵回路外部控制油泵外部控制供油泵回路（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。盾构机液压系统盾构机液压系统外部控制油路•外部控制油路•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力降低，从而减小主泵斜盘角降低刀盘转速。盾构机液压系统盾构机液压系统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。•拼装机油泵控制盾构机液压系统盾构机液压系统拼装机回转及水平移动系统•拼装机举升系统盾构机液压系统盾构机液压系统拼装机吸盘调节系统盾构机液压系统•螺旋机液压系统•螺旋输送机分单螺旋输送和双螺旋输送，无论是单还是双，其系统原理都一样，双螺旋采用的还是两套独立的控制系统，下面就介绍一套系统。•螺旋输送机主泵回路和液压马达回路与刀盘回路原理一样，只是补油泵为内置式，除给系统补油外，还给泵控回路提供控制油压，并设有一补油顺序阀来保证控制油的压力，另有一梭阀给压力传感器（K005）提供高压侧的油压。液压马达回路减速器（1G001、1G002）由55KW的刀盘旋转补油泵提供的液压油对其进行冷却。马达上装有转速传感器和油温传感器。•螺旋机主泵控制回路由伺服阀、伺服油缸及调压阀组成，伺服阀由外部控制阀（1C005）控制，调压阀分A、B两路经梭阀（1V017）汇集到溢流阀（1V018）进行调整。伺服阀动作时带动伺服油缸活塞移动，从而使斜盘角增大，泵流量增加，当外载荷大时系统压力就会随之增大，当系统压力超过调定值时，相对于高压侧的两位三通随动阀上移，如：盾构机液压系统当伺服阀X1端供油时，伺服阀移至右位，伺服缸有杆腔进油，无杆腔回油至低压，伺服活塞右移泵斜盘角增大，A路为高压侧，当A路压力超过调定值时，此时左边一个随动阀上移，控制油压与伺服油缸无杆腔接通，因有杆腔和无杆腔的压差关系，使伺服活塞左移，泵斜盘角减小，A路压力下降至回路压力调定值。当X2端供油时，伺服阀移至左位，控制油经两个随动阀后进入伺服缸的无杆腔（有杆腔为常压油），因压差关系，伺服活塞左移泵斜盘角反方向加大，B路为高压侧，当压力超高时右边一个随动阀上移，伺服缸无杆腔与低压回路接通，伺服活塞右移，泵斜盘角减小，B回路降至设定压力值。控制回路：控制油由5.5KW控制泵提供，来至控制泵的控制油从控制阀P口进入经溢流阀限压后，再由电磁比例调压阀调压，给油泵伺服阀提供可变的压力油，来控制主泵的流量，从而达到无级控制马达转速的目的。控制阀中还设有一载荷感知阀，回路中随载荷变化的压力经梭阀（1V024）送到控制阀的RHD口调整感知阀上控制油的溢流压力，当载荷增大时感知阀的溢流压力降低，从而使控制伺服阀的控制压力经梭阀（1V019）至感知阀降低，随之减小斜盘角、流量、转速，使载荷得到控制。盾构机液压系统螺旋机油泵及控制盾构机液压原理螺旋机控制回路盾构机液压系统•注浆泵由液压泵、换向冲击波反馈旁路、速度控制回路（电磁比例节流阀）、液控自动换向回路、泵送油缸组成，并在调速控制前分四路控制四套独立的注浆泵。•液压泵为45KW恒压变量泵，工作原理与刀盘旋转控制泵相同。泵出口的油经滤清器送往四路调速比例电磁阀，滤清器旁边的回路是冲击波反馈回路，经节流阀减弱的冲击波返回到泵的控制回路，在泵控回路的调节下吸收部分冲击压力，使系统得以稳定。•油泵输出的压力油经比例电磁阀调整后的液压油分别进入四个独立的泵送系统，盾构机液压原理来自节流阀前P1来自节流阀后PR同步注浆泵液压原理（吸浆过程）ABCDEFEG1G2HPP1泵送油缸闸阀油缸盾构机液压系统•吸浆过程：•进入阀体的压力油分为两路，一路经节流阀节流后的压力油（红色）从P口进入，控制泵送油缸。另一路在节流阀之前未经节流的压力油（紫红色）进入P1口，去控制泵闸阀油缸。•正打时，换向阀电磁阀A置于上位，假设泵送油缸活塞刚到达右端，无杆腔的高压油（绿色虚线）经阀G2、阀E到达F阀的上端，使F阀处于上位。压力油P一路（紫色虚线控制油路）经左边插装阀B、电磁阀A到达C、E阀下端和H阀左端，使C、E阀置于下位、H阀置于左位。•P1路的压力油（紫红色）经H、F阀到达两个泵阀门油缸，使之换向。该压力油（蓝色虚线）又经一节流阀和急停阀到达D阀上端，使D阀处于上位。•压力