一种用于盾构机的螺旋机闭式液压系统及盾构机的制作方法

1.本发明属于盾构机液压控制技术领域，具体涉及一种用于盾构机的螺旋机闭式液压系统及盾构机。


背景技术：

2.盾构机的螺旋机液压系统在盾构机的整个工作状态下起到非常重要的作用。其中螺旋机系统的工作方式对盾构机整体状况影响甚大。因此，不同类型的液压系统可以产生截然不同的效果。在现有的某些小松盾构机上，螺旋机依然采用开式液压系统进行工作，其大致工作原理是液压泵从油箱（4）吸油，通过换向阀给液压马达供油来驱动相关机构，液压马达的回油再经换向阀回到油箱（4）。同时在液压泵的出口处需装有溢流阀。这种开式系统结构较为简单，由于系统工作完的油液最终回到油箱（4），因此可以发挥油箱（4）的散热和沉淀杂质的作用。
3.在开式系统中，采用的液压泵为定量泵或单向变量泵，考虑到液压泵的自吸能力同时也避免液压泵产生吸空现象，对自吸能力差的泵，一般将其工作转速设定为额定转速的75%以内，或增设一个辅助泵进行灌注。工作中的换向则借助于换向阀进行换向。但是在换向阀进行换向时会产生液压冲击，同时运动部件的惯性会产生热量，从而使液压油的温度升高。另外，开式系统在一个泵供多个执行器动作时，液压油会优先向负载轻的执行器流动，这样就会导致高负载的执行器动作困难，因此一般需要对负载轻的执行器阀组进行节流处理。因为盾构机是大型物件，其螺旋机液压系统包含众多高负载执行器，若采用开式系统设计则会增加节流装置，即便如此，其高负载执行器仍然可能会因液压油流动问题而难以动作或者说难以达到全部动作。
4.如图1所示，小松螺旋机液压系统原先采用三台螺旋机泵（1）对螺旋机马达进行供油，三台螺旋机泵（1）分别为两台14
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1和一台51
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1。其中14
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1所配的电机为110kw，51
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1所配的电机为22kw，这三台螺旋机泵（1）均自带控制油泵，对螺旋机泵（1）柱塞提供控制油，同时也对螺旋机换向阀提供控制油，从而改变螺旋机的转向。在螺旋机运行过程中，当油路中压力传感器（18）〔30〕检测到管路压力未超过20.5mpa，螺旋机泵（1）14
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1最大流量256l/min，泵51
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1最大流量为50l/min，螺旋机液压系统总流量为562l/min。当压力传感器（18）〔30〕检测到管路压力超过20.5mpa时，将信号反馈给plc，plc则在程序中降低比例放大器e
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01的电流，将比例阀开口调小，减少泵的排量，当油路中检测到压力达到系统最高设置压力30.4mpa，此时螺旋机系统泵流量为最低，螺旋机泵（1）14
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1流量为182l/min，泵51
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1流量为35l/min，此时液压系统总流量为399l/min。
5.小松螺旋机工作原理说明：螺旋机泵（1）14
‑
1（1）号泵出油口与泵51
‑
1出油口相连，接入电液换向阀gsv2p口处，螺旋机泵（1）14
‑
1（2）号泵出油口连接至电液换向阀gsv5p口处，当gsv2
‑
a和gsv5
‑
b得电，两股油路分别从阀gsv2b口和阀gsv5b口流出汇总连接到电液换向阀gsv3和gsv4p口处，图1中经过溢流阀e
‑
04和调速阀e
‑
05，其中e
‑
04设置压力为30.4mpa，该压力为螺旋机系统最高工作压力，对螺旋机泵（1）起安全保护作用，e
‑
05最大通
过流量为17l/min，可对螺旋机的速度进行调节。当gsv3
‑
b和gsv4
‑
b得电时，油液一分为二，可以更加顺畅的从阀gsv3和gsv4a口流入两螺旋机马达a口，马达低压侧回油经过两溢流阀e
‑
13可以使得螺旋机在正转过程中更加平稳。若阀gsv3
‑
a和gsv4
‑
a得电，则螺旋机在相同机理条件下反转。
6.小松螺旋机液压所采用的为双联液压马达，型号为ms50，马达排量为4.999l，减速机减速比为3.176。当系统压力不超过20.5mpa，螺旋机的最大转速通过以下公式计算可得出：
7.rmax=q总/q马达=562/（4.996
×
3.176
×
2）=17.2r/min；
8.当系统最大压力为30.4mpa,螺旋机的最低转速通过以下公式计算可得出：
9.rmin=q总/q马达=399/（4.996
×
3.176
×
2）=12.6r/min；
10.当螺旋机处于最快转速和最慢转速下，其泵的功率分别用以下公式计算可得：
11.prmax=q总
×
p总/60=192kw<242kw；
12.prmin=q总
×
p总/60=202kw<242kw。
13.这种开式液压系统设计导致系统管路众多，极容易发生错乱，并且在系统产生问题时难以查找问题所在，此系统的比例电磁阀在换向时会产生极大的冲击力，导致此系统中的比例换向阀易损坏，整个系统的压力无法调整，在此过程中液压油在乱窜中产生的高温无法降低，对系统运行的破坏力在增加。


技术实现要素：

14.本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于盾构机的螺旋机闭式液压系统及盾构机，能够在主回路的一路高压时向另一路泄压来保护系统不受损坏，同时还可以将系统多余的热量通过低压一侧油路带回油箱，避免系统过热导致泵损坏。
15.本发明是这样实现的：一种用于盾构机的螺旋机闭式液压系统，包括与螺旋机泵相连接的螺旋机主泵回路、与补油泵相连接的补油油路、与伺服油缸相连接的主泵控制回路，以及与所述螺旋机主泵回路和主泵控制回路相连接的控制阀组；所述伺服油缸控制所述螺旋机泵的斜盘；
16.所述螺旋机主泵回路设置有第一溢流阀、第二溢流阀、梭阀和冲洗阀；所述补油油路设置有第二溢流阀、旁通阀和第三溢流阀；
17.所述第一溢流阀设置有两个，并且互为反向地并联在所述螺旋机泵的出油管路和回油管路之间，所述梭阀的一个进油口与所述出油管路相连接，另一个进油口与所述回油管路相连接，其出油口与所述第二溢流阀的控制油口相连接；所述冲洗阀的第一个油口与所述出油管路相连接，第二个油口与所述回油管路相连接，第三个油口与所述旁通阀和第三溢流阀之间的补油油路相连接；所述冲洗阀的第一个油口与第二个油口择一连通第三个油口；
18.所述主泵控制回路设置有伺服阀，所述伺服阀的第一个油口与所述伺服油缸的有杆腔相连接，其第二个油口与油箱相连接；所述伺服阀的第一个油口与第二个油口择一连通第三个油口；
19.所述控制阀组包括随动阀，所述随动阀设置有两个，其第一个油口与所述伺服阀的第三个油口相连接，其第二个油口与所述伺服油缸的无杆腔相连接，其中一个随动阀的
第三个油口与所述伺服油缸的有杆腔相连接，另一个随动阀的第三个油口与油箱相连接；所述随动阀的第一个油口与第三个油口择一连通第二个油口。
20.进一步地，所述旁通阀与第二溢流阀之间的补油油路还通过第一补油止回阀与所述出油管路相连接，其通过第二补油止回阀与所述回油管路相连接。
21.进一步地，所述随动阀的第一个油口与第二个油口还通过旁通管路相连通，所述旁通管路设置有节流阀。
22.进一步地，与伺服油缸相连接的随动阀的控制油口通过第一控制油管与所述回油管路相连接，另一个随动阀的控制油口通过第二控制油管与所述出油管路相连接。
23.进一步地，所述第一控制油管和第二控制油管分别通过第一单向阀与所述伺服油缸的有杆腔相连接。
24.进一步地，所述补油油路还通过第二单向阀分别与所述伺服阀的第一个油口和与伺服油缸相连接的随动阀的第三个油口相连接。
25.进一步地，所述补油泵与所述第二溢流阀之间的补油油路中还设置有过滤器。
26.进一步地，所述第二溢流阀与旁通阀之间的补油油路还设置有压力传感器。
27.进一步地，所述伺服阀和冲洗阀均为液控三位三通阀，所述随动阀为液控二位三通阀。
28.本发明还提供了一种盾构机，包括螺旋机泵、伺服油缸和上述一种用于盾构机的螺旋机闭式液压系统。
29.本发明带来的有益效果是：能够在主回路的一路高压时向另一路泄压来保护系统不受损坏，同时还可以将系统多余的热量通过低压一侧油路带回油箱，避免系统过热导致泵损坏。
附图说明
30.图1为现有技术中小松螺旋机的液压控制原理图；
31.图2为小松螺旋机控制系统结构示意图；
32.图3为本发明一个优选实施例的液压系统控制原理图；
33.图4为图3所示实施例中螺旋机泵的先导压力与排量点关系示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
35.如图3所示，本发明提供了本发明还提供了一种盾构机，包括螺旋机泵1、伺服油缸3和一种用于盾构机的螺旋机闭式液压系统。螺旋机泵1采用轴向变量柱塞泵，所配电机功率为200kw，该泵型号：a4vsg500hd1g/30r
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vzh35f684m，适用于闭式液压系统，泵排量为500cm3，该螺旋机1泵自带补油泵2，为主泵提供液压油，螺旋机泵1的控制方式采用的是液压控制hd1，如图4所示，该控制方式和先导压力有关。泵排量取决于先导压力的无级调节，排量与所加载的先导压力成正比。
36.螺旋机闭式液压系统包括与螺旋机泵1相连接的螺旋机主泵回路、与补油泵2相连接的补油油路、与伺服油缸3相连接的主泵控制回路，以及与螺旋机主泵回路和主泵控制回
路相连接的控制阀组；伺服油缸3控制螺旋机泵1的斜盘。
37.螺旋机主泵回路设置有第一溢流阀9、第二溢流阀6、梭阀7和冲洗阀11；补油油路设置有第二溢流阀6、旁通阀10和第三溢流阀12。
38.第一溢流阀9设置有两个，并且互为反向地并联在螺旋机泵1的出油管路和回油管路之间，梭阀7的一个进油口与出油管路相连接，另一个进油口与回油管路相连接，其出油口与第二溢流阀6的控制油口相连接。冲洗阀11的第一个油口与出油管路相连接，第二个油口与回油管路相连接，第三个油口与旁通阀10和第三溢流阀12之间的补油油路相连接；冲洗阀11的第一个油口与第二个油口择一连通第三个油口。
39.主泵控制回路设置有伺服阀13，伺服阀13的第一个油口与伺服油缸3的有杆腔相连接，其第二个油口与油箱4相连接；伺服阀13的第一个油口与第二个油口择一连通第三个油口。
40.控制阀组包括随动阀15，随动阀15设置有两个，其第一个油口与伺服阀13的第三个油口相连接，其第二个油口与伺服油缸3的无杆腔相连接，其中一个随动阀15的第三个油口与伺服油缸3的有杆腔相连接，另一个随动阀15的第三个油口与油箱4相连接；随动阀15的第一个油口与第三个油口择一连通第二个油口。
41.旁通阀10与第二溢流阀6之间的补油油路还通过第一补油止回阀8与出油管路相连接，其通过第二补油止回阀17与回油管路相连接。
42.随动阀15的第一个油口与第二个油口还通过旁通管路相连通，旁通管路设置有节流阀。
43.与伺服油缸3相连接的随动阀15的控制油口通过第一控制油管与回油管路相连接，另一个随动阀15的控制油口通过第二控制油管与出油管路相连接。
44.第一控制油管和第二控制油管分别通过第一单向阀16与伺服油缸3的有杆腔相连接。
45.补油油路还通过第二单向阀14分别与伺服阀13的第一个油口和与伺服油缸3相连接的随动阀15的第三个油口相连接。
46.补油泵2与第二溢流阀6之间的补油油路中还设置有过滤器5。
47.第二溢流阀6与旁通阀10之间的补油油路还设置有压力传感器18。
48.伺服阀13和冲洗阀11均为液控三位三通阀，随动阀15为液控二位三通阀。
49.本发明的工作原理如下：
50.螺旋机泵1通过内置补油泵2来完成吸油，补油泵2自带过滤器5对液压油进行过滤，保证主泵不受管路杂质的影响。第二溢流阀6将补油泵2输送的液压油稳定在一区间，确保泵在高速运行时有足够的压力，之后通过两件补油单向阀对主泵低压侧进行补油。当螺旋机泵1两侧回路中液压油压力相等，如斜盘角度在0时位置，补油泵2输送的液压油可通过第三溢流阀12返回油箱。泵在运行过程中，若出现某一侧主油路（即出油油管或回油油管）油压过高，可通过第二溢流阀9来泄压，将高压油排至低压一侧，保护系统不受损坏。对于闭式液压系统来说，冲洗阀11可以将系统多余的热量通过低压一侧带回油箱，让泵在运行过程中，不会因为过热导致泵损坏。主泵的控制回路有伺服油缸3及伺服阀13，伺服阀13由外部控制回路调压控制，以便实现换向和无级调速。调压阀分xa、xb两路经梭阀7汇集到第二溢流阀6进行调整。伺服阀13动作时带动伺服油缸3活塞移动，从而使斜盘角增大，螺旋机泵
1的流量增加，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，相对于高压侧的随动阀15上移。如：当伺服阀13的x1端供油时，伺服阀13移至左位，伺服油缸3有杆腔进油，无杆腔回油至低压，伺服油缸3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15上移，控制油压与伺服油缸3无杆腔接通，因有杆腔和无杆腔的压差关系，使伺服油缸3的活塞左移，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13移至左位，控制油经两个随动阀15后进入伺服油缸3的无杆腔（有杆腔为常压油），因压差关系，伺服油缸3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15上移，伺服油缸3的无杆腔与低压回路接通，伺服油缸3的活塞右移，泵斜盘角减小，b回路降至设定压力值。
51.当伺服阀13x1端供油时，伺服阀13移至右位，伺服油缸3的有杆腔进油，无杆腔回油至低压，伺服油缸3的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15上移，控制油压与伺服油缸3的无杆腔接通，因有杆腔和无杆腔的压差关系，使伺服油缸3的活塞左移，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13移至左位，控制油经两个随动阀15后进入伺服油缸3的无杆腔（有杆腔为常压油），因压差关系，伺服油缸3的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，伺服油缸3无杆腔与低压回路接通，伺服油缸3的活塞右移，泵斜盘角减小，b回路降至设定压力值。
52.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。