一种隧道伸缩超前管棚的液压控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及隧道技术领域，尤其适用于隧道的设计施工技术领域。


背景技术：

2.公开号为cn111502699a的发明专利公开了一种适用于矿山法软土隧道的伸缩超前管棚，其所述超前管棚采用电动液压泵驱动的方式，通过管棚的伸缩结构，代替直接钻孔的方式，简化了施工流程，然而，其所述超前管棚仅仅通过液压泵向管棚钢管内注入液压油，使管棚通过液压油的压力，推动活塞移动，实现向软土内的挤压式前进；由于管棚钢管的挤压需要克服相当大的摩擦力，这就使得管棚钢管内需要保持较高的油压，既提高了管棚钢管的密封要求，又增加了液压泵的负担。
3.为此，需要实现一种新的驱动及控制方式，使伸缩超前管棚可以更为高效快捷的钻入软土内。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本实用新型旨在是提供一种隧道伸缩超前管棚的液压控制系统，通过液压马达控制该隧道伸缩超前管棚最外侧管棚钢管的转向，使隧道伸缩超前管棚的顶进钻杆实现旋进式钻入，将现有的推进式钻入中与管棚钢管前进方向相反的摩擦阻力，通过管棚钢管旋转产生与管棚钢管旋转方向相反的摩擦阻力，大大减小了与管棚钢管前进方向相反的摩擦阻力，进而降低了液压泵注油的输出压力及管棚钢管内的油压，从而降低了对多节管棚钢管之间的密封要求。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.本实用新型提供了一种隧道伸缩超前管棚的液压控制系统，其特征在于，包括：液压马达、模式转换器、油路选择器；所述模式转换器包括：第一模式转换器、第二模式转换器；油路选择器与模式转换器之间实现电信号连接，所述油路选择器通过模式转换器改变液压马达内的液压油流向，进而改变液压马达的转向。
7.所述液压马达液压油输入端口设有第一模式转换器；所述液压马达液压油输出端口设有第二模式转换器；所述模式转换器通过第一端口、第二端口、第三端口、第四端口共计四个开口构成液压双通路模式。
8.第二模式转换器的第一端口紧邻液压马达的液压油输出端口通过液压油路连接；第二模式转换器的第二端口与第二比例阀通过液压油路连接，第二模式转换器的第一端口与第二模式转换器的第二端口之间设有第三比例阀.
9.第二模式转换器的第三端口紧邻液压马达的液压油输出端口通过液压油路连接；第二模式转换器的第四端口通过液压油路与油箱连接，第二模式转换器的第三端口与第二模式转换器的第四端口之间设有第四比例阀。
10.第一模式转换器的第一端口紧邻液压马达的液压油输入端口通过液压油路连接；第一模式转换器的第二端口与冷却器通过液压油路连接，第一模式转换器的第一端口与第
一模式转换器的第二端口之间设有第三比例阀。
11.第一模式转换器的第三端口紧邻液压马达的液压油输入端口通过液压油路连接；第一模式转换器的第四端口通过液压油路与油箱连接，第一模式转换器的第三端口与第一模式转换器的第四端口之间设有第四比例阀。
12.所述油路选择器与控制器之间通过can总线实现双向通讯；并根据控制器指令调整第一模式转换器或第二模式转换器中的第三比例阀和第四比例阀所在油路的正反向通断，实现对液压马达的补油或溢流作业。
13.所述隧道伸缩超前管棚的液压控制系统还包括：第一定位传感器和第二定位传感器；第一定位传感器设置于顶进钻杆顶部，第二定位传感器设置于底板底部，并与控制器之间实现电信号连接。
14.所述第二比例阀设置于隧道伸缩超前管棚最外侧管棚钢管的底端。
15.所述冷却器一端与第一模式转换器连接，另一端通过液压油路与第一比例阀连接；第一比例阀与液压油泵通过液压油路连接；所述液压油泵与油箱通过液压油路连接。
16.所述冷却器、第一比例阀、液压油泵分别与控制器之间实现电信号连接。
17.本实用新型的有益效果：
18.(1)本实用新型通过将液压马达的输出端与管棚钢管的进出油口连接，通过第二比例阀调整油路方向，使得液压马达在实现管棚钢管旋进式钻入的同时，可以实现管棚钢管内高压液压油的注入，使得管棚钢管的旋转速度与钻入深度实现联动式调节，最终使伸缩超前管棚通过液压马达的转动带动其实现旋进式钻入。
19.(2)本实用新型所述隧道伸缩超前管棚的液压控制系统通过顶进钻杆内的第一定位传感器与底板内的第二定位传感器组合应用，准确判断隧道伸缩超前管棚的伸缩长度及钻入距离，在隧道伸缩超前管棚到达预设的伸缩位置时，通过控制器启动液压元件实现制动作业，使得制动过程更加精确。
20.(3)本实用新型通过设置油路选择器、模式转换器等液压元件，使得本技术所述液压控制系统可实现液压油路的双向控制。
附图说明
21.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
22.图1是本实用新型隧道伸缩超前管棚结构示意图；
23.图2是本实用新型隧道伸缩超前管棚的液压控制系统结构示意图；
24.其中，1、油箱，2、第一定位传感器，3、控制器，4、油路选择器，5、液压油泵，6、第一比例阀，7、冷却器，8、第一模式转换器，9、第二模式转换器，10、第二比例阀，11、底板12、第二定位传感器，13、最外侧管棚钢管，14、液压马达,15、油缸，16、活塞。
具体实施方式
25.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术
人员通常理解的相同含义。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.术语解释部分：本实用新型中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体式连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。
28.实施例一：
29.下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行详细说明，具体的结构如下：
30.本实施例提供了一种隧道伸缩超前管棚的液压控制系统，其特征在于，包括：控制器3、油路选择器4、油箱1、模式转换器、液压马达14、第一比例阀6、第一定位传感器2、第二定位传感器12、第二比例阀10、液压油泵5、冷却器7。
31.所述控制器3根据第一定位传感器2和第二定位传感器12等液压元件反馈的信号，控制液压马达14、第一比例阀6、第二比例阀10等液压元件作业。
32.第一比例阀6和第二比例阀10通过控制器3控制液压油路的通断及液压油的流向。
33.所述油路选择器4与控制器3之间通过can总线实现双向通讯，用于切换液压马达14内的液压油流向及马达输出轴的转向进而改变最外侧管棚钢管13的转向及管棚钢管内液压油的流向。
34.所述油路选择器4可采用模拟量模块组成的模拟量输入输出模组，控制液压油路中紧邻液压马达的液压油输入及输出端口设置的模式转换器，从而调整液压马达内油路的流通方向。
35.所述模式转换器包括紧邻液压马达的液压油输入端口安装的第一模式转换器8和紧邻液压马达的液压油输出端口安装的第二模式转换器9。
36.所述模式转换器设有第一端口、第二端口、第三端口、第四端口共计四个开口，并通过第一端口和第二端口组成的第一通路、第三端口和第四端口组成的第二通路构成了液压双通路模式。
37.所述模式转换器的第一端口紧邻液压马达的液压油输入端口或输出端口通过液压油路连接，所述模式转换器的第二端口通过液压油路与冷却器或第二比例阀连接，所述第一端口与第二端口之间设有第三比例阀；通过油路选择器控制第三比例阀的通断及开启方向，实现对液压马达内液压油流向的调整控制。
38.所述模式转换器的第三端口紧邻第一端口和液压马达连接的同侧连接口处连接，所述模式转换器的第四端口通过液压油路与油箱连接，所述第三端口与第四端口之间设有第四比例阀；通过油路选择器控制第四比例阀的通断及开启方向，实现对液压马达内液压油流向的调整控制，从而对液压马达实现补油及溢流作业。
39.上述模式转换器对液压马达的补油及溢流作业无需受液压马达入口与出口连接管路的流阻和沿程压力损失的影响，可快速向液压马达补油及溢流，防止液压马达出现供
油不足的现象或爆管危险。
40.所述冷却器根据控制器的指令调整工作状态，保证油液温度在最佳范围，从而使系统具有优良的工作特性，有效提高系统的工作寿命。
41.所述第一定位传感器和第二定位传感器组合应用，准确判断隧道伸缩超前管棚的伸缩距离，在隧道伸缩超前管棚实现预设的伸缩距离时，启动液压制动工具，使得制动过程更加精确。
42.当隧道超前伸缩管棚钻入软土时，控制器启动液压油泵抽取油箱中的液压油，并向油路选择器发出信号，通过油路选择器控制液压马达的液压油输入和输出端口的第一模式转换器8和第二模式转换器9实现正向通路，使液压油由液压油泵5增压后经过第一比例阀6、冷却器7，进入液压马达14，带动液压马达旋转，进而由液压马达带动隧道伸缩超前管棚的管棚钢管旋进式钻入软土中。
43.而由液压马达14的液压油输出端口排出的液压油则经过第二比例阀10注入隧道伸缩超前管棚的油缸15内，进而推动隧道伸缩超前管棚内的各级活塞16，使隧道伸缩超前管棚伸长，以增加隧道伸缩超前管棚的旋入距离，直至第一定位传感器2和第二定位传感器12组合使用，判断隧道伸缩超前管棚达到预设的旋入距离，则向控制器3发出信号，启动液压制动工具。
44.当隧道超前伸缩管棚钻出软土时，控制器3控制第二比例阀10反向开启，使隧道伸缩超前管棚油缸15内的液压油流出，并经第二比例阀10流向液压马达14，此时，控制器3向油路选择器4发出信号，通过油路选择器4控制液压马达14的液压油输出和输入端口的第二模式转换器9、第一模式转换器8实现反向通路，使隧道超前伸缩管棚内的液压油倒流入液压马达14，带动液压马达14反向旋转，进而由液压马达14带动隧道伸缩超前管棚的管棚钢管旋出软土，而由液压马达14液压油输入端口流出的液压油则经冷却器7、第一比例阀6后，流回油箱1中。
45.实施例二：
46.下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行详细说明，具体的结构如下：
47.本实施例提供了一种隧道伸缩超前管棚的液压控制系统，其特征在于，包括：控制器；当隧道超前伸缩管棚钻入软土时，所述控制器向油路选择器发出信号，通过油路选择器控制液压马达的入口和出口实现正向通路，并正向开启换向阀，使液压马达内的液压油经液压马达出口排出后，流经换向阀，注入隧道伸缩超前管棚的油缸内。
48.作为进一步的技术方案，还包括：比例阀、液压油泵、冷却器；当隧道超前伸缩管棚钻入软土时，控制器启动液压油泵抽取油箱中的液压油，并控制比例阀通路，使液压油泵输出的液压油依次经过比例阀、冷却器后，由液压马达入口进入液压马达。
49.作为进一步的技术方案，所述油路选择器与控制器之间通过can总线实现双向通讯。
50.作为进一步的技术方案，还包括模式转换器；所述模式转换器紧邻液压马达入口及出口处各设置一个，所述模式转换器一端与液压马达的入口或出口连接，另一端连接油箱。
51.作为进一步的技术方案，所述模式转换器与控制器实现电信号连接，并通过控制器指令切换系统的工作状态或检修状态。
52.作为进一步的技术方案，所述油路选择器根据控制器指令调整模式转换器所在油路的正反向通断，实现对液压马达的补油或溢流作业。
53.作为进一步的技术方案，第一定位传感器设置于顶进钻杆顶部，第二定位传感器设置于底板底部，组合使用判断隧道伸缩超前管棚是否达到预设的旋入距离，然后向控制器反馈信号。
54.作为进一步的技术方案，当隧道超前伸缩管棚钻出软土时，控制器控制换向阀反向开启，并向油路选择器发出信号，通过油路选择器控制液压马达的入口和出口实现反向通路，使隧道伸缩超前管棚油缸内的液压油经换向阀流出，并经液压马达出口流入液压马达内。
55.作为进一步的技术方案，当隧道超前伸缩管棚钻出软土时，控制器控制比例阀通路，使液压马达内的液压油经液压马达入口流出，并依次经过冷却器、比例阀、液压油泵后，流回油箱中。
56.作为进一步的技术方案，当隧道超前伸缩管棚钻出软土时，液压油泵仅实现油路通断，不输出油压。
57.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。