一种TBM混合驱动式刀盘的能量回馈系统技术方案

本发明专利技术公开了一种TBM混合驱动式刀盘的能量回馈系统。包括开关阀、第一梭阀和能量回馈油路，开关阀的一个工作油口和第一梭阀的一个工作油口均连接到第一液压马达的一油口，开关阀的另一个工作油口和第一梭阀的另一个工作油口均连接到第一液压马达的另一油口，能量回馈油路连接到第一液压马达的一油口和另一油口之间，从而构成类似容积调速型液压系统，第一梭阀的高压油口与开关阀的控制油口相连。本发明专利技术实现了驱动回路和能量回馈回路在正常掘进过程中的在线可靠切换，提高了驱动性能和液压回路安全性，以适应TBM施工的需要。

An energy feedback system for TBM hybrid drive cutter

The invention discloses an energy feedback system for a TBM hybrid drive cutter disk. Including the first switch valve, shuttle valve and energy feedback circuit, a working oil of a working oil valve port and the first shuttle valve port are connected to a first oil hydraulic motor, another oil port and the first shuttle valve valve another working oil ports are connected to another oil the first hydraulic motor, energy feedback circuit between oil port connected to a first hydraulic motor and another oil port, so as to form a similar volume control hydraulic system, control oil pressure oil first shuttle valve port and valve mouth. The invention realizes the online reliable switching of the driving circuit and the energy feedback loop in the normal driving process, and improves the driving performance and the safety of the hydraulic circuit, so as to meet the needs of TBM construction.

【技术实现步骤摘要】
一种TBM混合驱动式刀盘的能量回馈系统
本专利技术涉及一种应用于TBM的油路系统，尤其涉及一种TBM混合驱动式刀盘的能量回馈系统。
技术介绍
TBM混合驱动式刀盘通常使用变频电机和液压马达作为驱动源，变频电机额定转速下效率较高但低转速工作条件下效率低下，且功率密度和额定扭矩均远小于同功率的液压马达。液压马达可在低速工况下产生较大的扭矩，但其效率较低。故为了发挥两种驱动源的长处，正常掘进情况下使用单一变频电机作为驱动源，在遭遇复杂地质需较大驱动力矩时，使用变频电机和液压马达双驱动源联合驱动进行刀盘脱困。在正常掘进中，为了适应地质变化以达到最佳破岩效率，刀盘转速需实时进行调节。
技术实现思路
为了达到实现TBM混合驱动式刀盘在正常掘进过程中的能量回馈和改善TBM混合驱动式刀盘液压驱动部分的驱动性能这两个目的，同时兼顾可靠性和安全性的设计准则。本专利技术的目的在于提出了一种TBM混合驱动式刀盘的能量回馈系统。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：本专利技术包括液粘调速离合器、第一液压马达、第一安全阀、第二安全阀、冲洗阀和溢流阀，液粘调速离合器通过花键轴与第一液压马达的轴连接，第一液压马达的一油口分别与第一安全阀的进油口、第二安全阀的出油口、冲洗阀的正向液压控制油口和冲洗阀的P口相连，第一液压马达的另一油口分别与第一安全阀的出油口、第二安全阀的进油口、冲洗阀的反向液压控制油口、冲洗阀的T口相连，冲洗阀的A口所流出的液压油液经由溢流阀回到油箱。还包括开关阀、第一梭阀和能量回馈油路，开关阀的一个工作油口和第一梭阀的一个工作油口均连接到第一液压马达的一油口，开关阀的另一个工作油口和第一梭阀的另一个工作油口均连接到第一液压马达的另一油口，能量回馈油路连接到第一液压马达的一油口和另一油口之间，从而构成类似容积调速型液压系统，第一梭阀的高压油口与开关阀的控制油口相连。所述的能量回馈油路包括第二液压马达、第一电磁开关阀、发电机、第二电磁开关阀、第二梭阀、变频电机、液压泵、蓄能器、补油泵、油箱、第一单向阀和第二单向阀；第一电磁开关阀的A口连接到第一液压马达的一油口，第二电磁开关阀的A口连接到第一液压马达的另一油口；第一电磁开关阀的P口连接至第二液压马达的一油口，第二电磁开关阀的P口连接至第二液压马达的另一油口，第二液压马达的轴经花键轴与发电机机械连接；第一电磁开关阀的T口分别与第二梭阀的一工作油口、液压泵的一工作油口和第一单向阀的出油口相连，第二电磁开关阀的T口分别与第二梭阀的另一工作油口、液压泵的另一工作油口和第二单向阀的出油口相连，第二梭阀的高压出口所流出的液压油分为两路，分别连接到第一、第二电磁开关阀的控制油口；补油泵进油口连接至油箱，出油口分别与蓄能器、第一单向阀的进油口、第二单向阀的进油口相连；补油泵和液压泵之间通轴驱动连接，液压泵的轴通过花键轴与变频电机机械连接。开关阀经由第一梭阀选择第一液压马达高压侧压力进入开关阀的控制油口，以机械方式控制开关阀在第一液压马达进行制动到停止这段工作时间内打开，使得两侧连通进行泄压，从而避免因马达停止后液压管路中的剩余压差导致第一液压马达反向旋转。通过第二梭阀选择液压泵两侧的高压侧压力同时输入第一电磁开关阀和第二电磁开关阀的控制油口，推动电磁开关阀的阀芯移动，使得第一电磁开关阀和第二电磁开关阀同时切换，保证能量回馈油路驱动回路的连通，实现能量回馈。本专利技术系统采用电磁开关阀切换方式，配合液粘调速离合器的控制和机械梭阀的压力反馈，可实现驱动回路和能量回馈回路在正常掘进过程中的在线可靠切换。现有技术中，开关阀处采用电比例阀，在第一液压马达进行制动到停止这段工作时间内，电液联合驱动时液压马达会产生回弹，造成了安全风险。而本专利技术在闭式回路中加装开关阀和梭阀，可有效避免在电液联合驱动时液压马达产生回弹，降低施工过程中的安全风险。设计补油泵后蓄能器以进一步提高驱动性能和液压回路安全性，以适应TBM施工的需要。针对TBM掘进过程中负载变化快，冲击负载相对较高的特殊工况，设计补油泵后蓄能器以防止正常电液联合驱动时液压闭式回路低压侧出现吸空现象。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术在TBM混合驱动式刀盘在小负载条件下由单变频电机源提供驱动力矩以调节刀盘转速实时配合负载需要，此时通过液粘调速离合器控制液压系统与刀盘齿轮齿圈系统的接合程度和调节电磁开关阀，使刀盘在减速时液压系统处于能量回馈回路，能量能够回馈到电力系统当中同时提高刀盘系统的响应速度。本专利技术在TBM混合驱动式刀盘在大负载条件下需要变频电机和液压马达联合驱动，此时同样通过调节液粘调速离合器和电磁开关阀可方便的转换为驱动回路以满足刀盘大驱动力矩的需要。本专利技术同时由于引入开关阀、梭阀和补油泵出口蓄能器，可有效避免刀盘减速时液压马达回弹和因冲击负载导致的闭式系统低压侧吸空现象。液压系统设计实现安全可靠的模式切换，整个系统绝大多数液压阀均采用机械反馈方式实现，降低系统失效风险。附图说明图1是本专利技术的液压原理图。图中：1，液粘调速离合器，2、第一液压马达，3、第一安全阀，4、第二安全阀，5、冲洗阀，6、溢流阀，7、开关阀，8、第一梭阀，9、第二液压马达，10、第一电磁开关阀，11、发电机，12、第二电磁开关阀，13、第二梭阀，14、变频电机，15、液压泵，16、蓄能器，17、补油泵，18、油箱，19、第一单向阀，20、第二单向阀。图2是本专利技术处于驱动状态的液压油路状态图。图3是本专利技术处于能量回馈状态的液压油路状态图。图4是本专利技术的在防反弹原理工作时的液压油路状态图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。如图1所示，本专利技术具体实施包括液粘调速离合器1、第一液压马达2、第一安全阀3、第二安全阀4、冲洗阀5、溢流阀6、开关阀7、第一梭阀8以及主要由第二液压马达9、第一电磁开关阀10、发电机11、第二电磁开关阀12、第二梭阀13、变频电机14、液压泵15、蓄能器16、补油泵17、油箱18、第一单向阀19和第二单向阀20构成的能量回馈油路。液粘调速离合器1通过花键轴与第一液压马达2的轴连接，液粘调速离合器1通过联轴器与TBM的齿轮齿圈系统相连接，第一液压马达2的一油口2A分别与第一安全阀3的进油口、第二安全阀4的出油口、冲洗阀5的正向液压控制油口5M、冲洗阀5的P口、开关阀7的一个工作油口7A和第一梭阀8的一个工作油口8A和第一电磁开关阀10的A口相连，第一液压马达2的另一油口2B分别与第一安全阀3的出油口、第二安全阀4的进油口、冲洗阀5的反向液压控制油口5N、冲洗阀5的T口、开关阀7的另一个工作油口7B和第一梭阀8的另一个工作油口8B和第二电磁开关阀12的A口相连，冲洗阀5的A口所流出的液压油液经由溢流阀6回到油箱18；冲洗阀5的P口为正向工作油口，冲洗阀5的T口为反向工作油口，冲洗阀5的A口为输出油口。能量回馈油路连接到第一液压马达2的一油口2A和另一油口2B之间，从而构成类似容积调速型液压系统，第一梭阀8的高压油口8C与开关阀7的控制油口7M相连。如图1所示，能量回馈油路中，第一电磁开关阀10的P口连接至第二液压马达9的一油口9A，第二电磁开关阀12的P口连接至第二液压马达9的另一油口9B，第二液压马达9的轴经花键轴与发电机11机械连接；第一电磁开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TBM混合驱动式刀盘的能量回馈系统，包括液粘调速离合器(1)、第一液压马达(2)、第一安全阀(3)、第二安全阀(4)、冲洗阀(5)和溢流阀(6)，液粘调速离合器(1)通过花键轴与第一液压马达(2)的轴连接，第一液压马达(2)的一油口(2A)分别与第一安全阀(3)的进油口、第二安全阀(4)的出油口、冲洗阀(5)的正向液压控制油口(5M)和冲洗阀(5)的P口相连，第一液压马达(2)的另一油口(2B)分别与第一安全阀(3)的出油口、第二安全阀(4)的进油口、冲洗阀(5)的反向液压控制油口(5N)、冲洗阀(5)的T口相连，冲洗阀(5)的A口所流出的液压油液经由溢流阀(6)回到油箱(18)；其特征在于：还包括开关阀(7)、第一梭阀(8)和能量回馈油路，开关阀(7)的一个工作油口(7A)和第一梭阀(8)的一个工作油口(8A)均连接到第一液压马达(2)的一油口(2A)，开关阀(7)的另一个工作油口(7B)和第一梭阀(8)的另一个工作油口(8B)均连接到第一液压马达(2)的另一油口(2B)，能量回馈油路连接到第一液压马达(2)的一油口(2A)和另一油口(2B)之间，从而构成类似容积调速型液压系统，第一梭阀(8)的高压油口(8C)与开关阀(7)的控制油口(7M)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种TBM混合驱动式刀盘的能量回馈系统，包括液粘调速离合器(1)、第一液压马达(2)、第一安全阀(3)、第二安全阀(4)、冲洗阀(5)和溢流阀(6)，液粘调速离合器(1)通过花键轴与第一液压马达(2)的轴连接，第一液压马达(2)的一油口(2A)分别与第一安全阀(3)的进油口、第二安全阀(4)的出油口、冲洗阀(5)的正向液压控制油口(5M)和冲洗阀(5)的P口相连，第一液压马达(2)的另一油口(2B)分别与第一安全阀(3)的出油口、第二安全阀(4)的进油口、冲洗阀(5)的反向液压控制油口(5N)、冲洗阀(5)的T口相连，冲洗阀(5)的A口所流出的液压油液经由溢流阀(6)回到油箱(18)；其特征在于：还包括开关阀(7)、第一梭阀(8)和能量回馈油路，开关阀(7)的一个工作油口(7A)和第一梭阀(8)的一个工作油口(8A)均连接到第一液压马达(2)的一油口(2A)，开关阀(7)的另一个工作油口(7B)和第一梭阀(8)的另一个工作油口(8B)均连接到第一液压马达(2)的另一油口(2B)，能量回馈油路连接到第一液压马达(2)的一油口(2A)和另一油口(2B)之间，从而构成类似容积调速型液压系统，第一梭阀(8)的高压油口(8C)与开关阀(7)的控制油口(7M)相连。2.根据权利要求1所述的一种TBM混合驱动式刀盘的能量回馈系统，其特征在于：所述的能量回馈油路包括第二液压马达(9)、第一电磁开关阀(10)、发电机(11)、第二电磁开关阀(12)、第二梭阀(13)、变频电机(14)、液压泵(15)、蓄能器(16)、补油泵(17)、油箱(18)、第一单向阀(19)和第二单向阀(20)；第一电磁开关阀(10)的A口连接到第一液压马达(2)的一油口(2A)，第二电磁开关阀(12)的A口连接到第一液压马达(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚国芳，王飞，秦永峰，孙辰晨，李文静，张亚坤，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33