一种掘进机及其复合推进液压系统的制作方法

1.本发明涉及掘进机技术领域，特别涉及一种复合推进液压系统。本发明还涉及一种掘进机。


背景技术：

2.地铁、公路、铁路以及引水等基础工程需要通过掘进机修建许多隧道。
3.为实现掘进机在隧道内的掘进作业，在掘进机的机身上一般配置有推进液压系统。该推进液压系统主要通过推进油缸的方式推动机身在隧道内前进，为保证掘进机具有足够的推进力，一般在机身上同时配置有多个推进油缸。
4.目前，在现有技术中，掘进机的推进液压系统通常采用一个油泵向所有推进油缸供油，为满足所有推进油缸的压力需求，油泵统一对所有推进油缸输出同样大小的油压，如此导致油泵始终以所有推进油缸中的最大负载向系统供油，进而导致在实际工作压力较低的推进油缸上产生能量损失，不仅能耗较大，而且还降低了液压系统效率。此外，传统的掘进机推进液压系统中的各个推进油缸，一般均为固定分区设计，比如沿机身的周向分为上下左右四个或多个分区等，即任一位置的推进油缸的所属分区是固定的，无法改变，同一分区内的各个推进油缸的工作状态均保持一致，如此造成固定分区的推进液压系统无法在较短距离内快速完成掘进机的精细调向操作，掘进机的掘进姿态控制不够精确。
5.因此，降低油泵的压力损失和能量损耗，提高液压系统节能性，同时提高掘进机掘进姿态控制精度，是本领域技术人员面临的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种复合推进液压系统，能够降低油泵的压力损失和能量损耗，提高液压系统节能性，同时提高掘进机掘进姿态控制精度。本发明的另一目的是提供一种掘进机。
7.为解决上述技术问题，本发明提供一种复合推进液压系统，包括沿掘进机的机身的周向方向分布的多个复合推进组件，各所述复合推进组件均包括油泵、与所述油泵的出油口连通的推进油缸、连接于所述油泵与所述推进油缸之间的换向阀、与所述油泵信号连接的控制器，所述推进油缸用于在掘进机处于推进模式时输出沿轴向的推进力，所述换向阀用于控制所述推进油缸的活塞杆的伸缩状态切换，所述控制器用于根据所述机身的目标掘进姿态实时调整对对应的所述油泵发送的工况控制信号。
8.优选地，所述控制器用于根据所述机身的目标掘进姿态对对应的所述油泵发送压力控制信号和/或流量控制信号。
9.优选地，还包括与所述油泵的出油口连通、用于检测其实际出油压力的第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述控制器信号连接，以使所述控制器修正对所述油泵发送的压力控制信号。
10.优选地，还包括与所述油泵的出油口连通、用于检测其实际出油流量的流量传感
器，所述流量传感器与所述控制器信号连接，以使所述控制器修正对所述油泵发送的流量控制信号。
11.优选地，还包括连接于所述油泵与所述控制器之间、用于对所述控制器反馈所述油泵接收到的工况控制信号的反馈信号线缆。
12.优选地，还包括与所述推进油缸的无杆腔连通、用于检测其油压的第二压力传感器
13.优选地，还包括用于检测所述推进油缸的活塞杆的伸缩行程的行程传感器。
14.优选地，所述推进油缸还用于在掘进机处于管片拼装模式时输出沿径向的压紧力，所述控制器还用于根据管片拼装工艺实时调整对对应的所述油泵发送的工况控制信号。
15.本发明还提供一种掘进机，包括机身和设置于所述机身上的复合推进液压系统，其中，所述复合推进液压系统具体为上述任一项所述的复合推进液压系统。
16.本发明所提供的复合推进液压系统，主要包括多个复合推进组件，各个复合推进组件沿着掘进机的机身的周向方向分布，且各个复合推进组件分别独立运行。每个复合推进组件均包括油泵、推进油缸、换向阀和控制器。其中，油泵为动力部件，主要用于输出油压。推进油缸与油泵的出油口连通，主要用于在油泵的压力油的作用下通过活塞杆在缸体内的直线运动输出动力，从而在掘进机处于推进模式时输出沿机身轴向方向的推进力，使得机身沿着隧道前进。换向阀连接在油泵与推进油缸之间，主要用于控制推进油缸的活塞杆的伸缩状态切换，从而实现推进油缸的换向输出操作。控制器与油泵保持信号连接，主要用于根据机身的目标掘进姿态对对应的油泵发送工况控制信号，以控制对应的油泵的工况，进而控制与该油泵对应的推进油缸的运行状态。如此，在掘进机处于推进模式时，由于各个复合推进组件分别独立运行，因此，每个复合推进组件中的控制器均可独立控制对应的油泵的工况及推进油缸的运行状态，进而实现单泵单缸控制方式，每个油泵的压力由其对应的推进油缸的负载决定，从而避免所有油泵的压力均保持在推进油缸的最大负载，进而能够降低油泵的压力损失和能量损耗，提高液压系统节能性。并且，在控制器的控制下，各个推进油缸能够灵活地实时调整运行状态，因此能够提高掘进机掘进姿态控制精度。
17.在一个优选实施例中，由于各个复合推进组件分别独立运行，使得每个复合推进组件中的推进油缸所属分区并不固定，因此，通过控制器对各个推进油缸发送工况控制信号的方式，可将接收到相同工况控制信号的推进油缸归属为同一个分区，从而对所有推进油缸实现灵活分区。在另一个优选实施例中，推进油缸还可以用于在掘进机处于管片拼装模式时输出沿径向的压紧力，从而通过控制器对各个推进油缸的工作模式控制，使得部分推进油缸输出推进力，另一部分推进油缸输出压紧力，实现推拼同步功能。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
19.图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
20.图2为各个复合推进组件在掘进机处于推进模式或管片拼装模式时的一种分区结构图。
21.图3为各个复合推进组件在掘进机处于推进模式或管片拼装模式时的另一种分区结构图。
22.图4为各个复合推进组件在掘进机处于推拼同步模式时的分区结构图。
23.其中，图1—图4中：
24.复合推进组件—1，油泵—2，推进油缸—3，换向阀—4，控制器—5，第一压力传感器—6，流量传感器—7，反馈信号线缆—8，第二压力传感器—9，行程传感器—10。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
27.在本发明所提供的一种具体实施方式中，复合推进液压系统主要包括多个复合推进组件1，各个复合推进组件1沿着掘进机的机身的周向方向分布，且各个复合推进组件1分别独立运行。
28.每个复合推进组件1均包括油泵2、推进油缸3、换向阀4和控制器5。
29.其中，油泵2为动力部件，主要用于输出油压。
30.推进油缸3与油泵2的出油口连通，主要用于在油泵2的压力油的作用下通过活塞杆在缸体内的直线运动输出动力，从而在掘进机处于推进模式时输出沿机身轴向方向的推进力，使得机身沿着隧道前进。
31.换向阀4连接在油泵2与推进油缸3之间，主要用于控制推进油缸3的活塞杆的伸缩状态切换，从而实现推进油缸3的换向输出操作。
32.控制器5与油泵2保持信号连接，主要用于根据机身的目标掘进姿态对对应的油泵2发送工况控制信号，以控制对应的油泵2的工况，进而控制与该油泵2对应的推进油缸3的运行状态。
33.如此，在掘进机处于推进模式时，由于各个复合推进组件1分别独立运行，因此，每个复合推进组件1中的控制器5均可独立控制对应的油泵2的工况及推进油缸3的运行状态，进而实现单泵单缸控制方式，每个油泵2的压力由其对应的推进油缸3的负载决定，从而避免所有油泵2的压力均保持在推进油缸3的最大负载，进而能够降低油泵2的压力损失和能量损耗，提高液压系统节能性。并且，在控制器5的控制下，各个推进油缸3能够灵活地实时调整运行状态，因此能够提高掘进机掘进姿态控制精度。
34.在一些实施方式中，由于各个复合推进组件1分别独立运行，使得每个复合推进组件1中的推进油缸3所属分区并不固定，因此，通过控制器5对各个推进油缸3发送工况控制信号的方式，可将接收到相同工况控制信号的推进油缸3归属为同一个分区，从而对所有推进油缸3实现灵活分区。在一些实施方式中，推进油缸3还可以用于在掘进机处于管片拼装模式时输出沿径向的压紧力，从而通过控制器5对各个推进油缸3的工作模式控制，使得部
分推进油缸3输出推进力，另一部分推进油缸3输出压紧力，实现推拼同步功能。
35.在关于控制器5的一种可选实施例中，该控制器5主要用于根据机身的目标掘进姿态对对应的油泵2发送压力控制信号或流量控制信号，还可以同时对油泵2发送压力控制信号和流量控制信号。如此设置，控制器5即可同时控制油泵2的压力和流量，进而控制推进油缸3的推进力或压紧力，以及推进速度或运动速度。
36.为进一步提高控制器5对油泵2的工况控制精度，本实施例中增设了第一压力传感器6。具体的，该第一压力传感器6与油泵2的出油口连通，主要用于检测油泵2的实际出油压力。同时，第一压力传感器6与控制器5保持信号连接，从而将第一压力传感器6的检测数据实时发送给控制器5，以使控制器5获得压力反馈，并根据压力反馈修正对油泵2发送的压力控制信号，从而提高压力控制精度。
37.同理，本实施例中还增设了流量传感器7。具体的，该流量传感器7与油泵2的出油口连通，主要用于检测油泵2的实际出油流量。同时，流量传感器7与控制器5保持信号连接，从而将流量传感器7的检测数据实时发送给控制器5，以使控制器5获得流量反馈，并根据流量反馈修正对油泵2发送的流量控制信号，从而提高流量控制精度。
38.不仅如此，本实施例还增设了反馈信号线缆8。具体的，该反馈信号线缆8连接在油泵2与控制器5之间，主要用于在油泵2接收到控制器5所发送的工况控制信号后，再将该工况控制信号重新反馈到控制器5处，从而保证油泵2接收到的信号精度，进而减小控制误差。
39.另外，本实施例还增设了第二压力传感器9。具体的，该第二压力传感器9与推进油缸3的无杆腔连通，主要用于检测推进油缸3的无杆腔内的油压。
40.不仅如此，本实施例还增设了行程传感器10。具体的，该行程传感器10主要用于检测推进油缸3的活塞杆的伸缩行程。
41.在关于推进油缸3的一种可选实施例中，该推进油缸3沿着机身的周向方向同时分布有20个，并且各个推进油缸3在机身的周向上呈均匀分布，即相邻两个推进油缸3之间具有相同的圆心夹角。以推进油缸3共设置有20个为例，则相邻两个推进油缸3之间具有18
°
圆心夹角。当然，推进油缸3的设置数量并不仅限于20个，其余比如少于20个的，如18个、15个、12个等，或者多余20个的，如24个、25个、30个、36个等。
42.考虑到传统的掘进机掘进时需要先向前推进一定距离后再开始拼装一整环的管片，在拼装结束后再开始向前掘进，推进和拼装两个工序只能交替进行，二者无法同时进行，这就严重影响了设备掘进效率和隧道施工进度，针对此，在本发明所提供的另一种具体实施方式中，各个推进油缸3除了能够用于在掘进机处于推进模式时输出沿轴向的推进力，还能够用于在掘进机处于管片拼装模式时输出沿径向的压紧力，相应的，控制器5还能够用于根据管片拼装工艺对对应的油泵2发送工况控制信号。如此设置，部分推进油缸3即可输出推进力，另一部分推进油缸3即可输出压紧力，从而实现推进与管片拼装同时进行，极大提高了施工效率，同时又可以简化控制油缸动作的液压原理。
43.关于各个复合推进组件1的自由分区：
44.一般的，在普通模式(非推拼同步)掘进时，即所有推进油缸3同时推进、推进完成后再进行管片拼装作业的模式，该模式下可通过控制每个推进油缸3对应的油泵2的压力控制指令来实现自由分区，即接收到相同压力控制指令的油泵2所对应的推进油缸3形成一个分区，从而使得每一个分区内油泵2的压力控制指令为同一值，由该区的压力控制旋钮实时
控制，而所有油泵2的流量指令信号可以给相同值，由总速度控制旋钮实时控制。
45.如果分区如图2所示，则在推进时，将18/19/20/01/02号推进油缸3设置为a区，则18/19/20/01/02号推进油缸3对应的各个油泵2的压力控制指令为相同值；03/04/05/06/07号推进油缸3设置为b区，则03/04/05/06/07号推进油缸3对应的各个油泵2的压力输入指令为相同值；08/09/10/11/12号推进油缸3设置为c区，则08/09/10/11/12号推进油缸3对应的各个油泵2的压力输入指令为相同值；13/4/15/16/17号推进油缸3设置为d区，则13/4/15/16/17号推进油缸3对应的各个油泵2的压力输入指令为相同值。
46.如果推进时需要改变分区内的推进油缸3数量，如图3所示，则可以将18/19/20/01/02号推进油缸3设置为a区，则18/19/20/01/02号推进油缸3对应的各个油泵2的压力控制指令为相同值；03/04/05/06号推进油缸3设置为b区，则03/04/05/06号推进油缸3对应的各个油泵2的压力控制指令为相同值；07/08/09/10/11/12/13号推进油缸3设置为c区，则07/08/09/10/11/12/13号推进油缸3对应的各个油泵2的压力控制指令为相同值；14/15/16/17号推进油缸3设置为d区，则14/15/16/17号推进油缸3对应的各个油泵2的压力控制指令为相同值。
47.在推拼同步模式下，各个推进油缸3不存在分区，如图4所示，部分推进油缸3以推进模式伸出，另一部分推进油缸3以拼装模式伸出或者缩回。某个推进油缸3具体处于推进模式还是拼装模式，可以由对应的控制器5通过工作模式控制指令进行切换。如果05/06/07号推进油缸3处于拼装模式，则其余推进油缸3(08-04号推进油缸3)处于推进模式。此时控制器5会将05/06/07号推进油缸3对应的各个油泵2的压力控制指令和流量控制指令给固定值，使得05/06/07号推进油缸3在拼装模式下可以实现快速伸缩，以完成管片拼装作业。此时，08-04号推进油缸3处于推进模式，控制器5通过控制08-04号推进油缸3对应的各个油泵2的压力控制指令以控制掘进机的推力，同时通过控制08-04号推进油缸3对应的各个油泵2的流量控制指令控制掘进机的推进速度。
48.本实施例还提供一种掘进机，主要包括机身和设置在机身上的复合推进液压系统，其中，该复合推进液压系统的具体内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。
49.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。