推力和支撑力实时耦合调控的TBM推进支撑液压系统技术方案

本发明专利技术公开了一种推力和支撑力实时耦合调控的TBM推进支撑液压系统。包括第一比例减压阀、第一三位四通换向阀、安全阀、溢流阀、推进液压缸、第一压力传感器、第二三位四通换向阀、第二比例减压阀、第三三位四通换向阀、第一液控单向阀、第一节流口、撑靴液压缸、第二压力传感器、第二节流口、第二液控单向阀、第三液控单向阀、第一背压阀、第二背压阀、第四液控单向阀、单向阀、第四三位四通换向阀。采用推力和支撑力实时耦合调控的TBM推进支撑液压系统能够适应复杂地质环境掘进工况，能依据施工环境实时调节掘进参数，适合于各种地质条件下硬岩掘进装备的推进支撑运动控制，大大提高TBM的掘进施工效率。

【技术实现步骤摘要】
推力和支撑力实时耦合调控的TBM推进支撑液压系统
本专利技术涉及流体压力执行机构，尤其涉及一种推力和支撑力实时耦合调控的TBM推进支撑液压系统。
技术介绍
硬岩隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,简称TBM),是一种集掘进、出洛、初期支护、通风除尘为一体的大型隧道掘进机械。TBM掘进破岩时，由刀盘驱动系统驱动主机前部装有若干滚刀的刀盘旋转，并由TBM推进系统给刀盘提供推进力，撑靴系统支撑洞壁承受支反力，在推进系统作用下刀盘向岩层顶进，同时依靠刀盘上的盘形滚刀挤压破碎岩石，从而使隧洞全断面一次开挖成形。TBM掘进速度快、施工质量稳定、安全作业条件好，对生态环境影响小。 TBM推进支撑系统具备推进、支撑、换步、调向的功能。推进支撑换步机构是TBM连续掘进作业的关键部件，是影响整机掘进效率、掘进精度及动力特性的主要因素之一。由于围岩环境不确定性、强冲击、强振动，在任何围岩条件下产生稳定的大推力，高效的传递和精准的姿态控制成为推进系统的制约条件。面向复杂地质条件，实时调节TBM的推进支撑参数，提高TBM的掘进效率及掘进适应性成为TBM推进支撑系统的主要难题。 目前施工实践中应用最广的是单对水平浮动支撑的开敞式TBM。TBM向前掘进时，推进液压缸和撑靴液压缸的工作压力依据地质探测数据调定，而后在整个施工段以调定的推进压力向前推进，调定的支撑压力使撑靴撑紧洞壁。由于撑靴缸压力设定常值、推进系统保持接地比压恒定，TBM对围岩的扰动大、地质适应性差。在TBM支撑推进换步全过程中，若能对推力和支撑力进行实时耦合调控，TBM掘进效率以及对复杂地质环境的适应性将大大提闻。
技术实现思路
为了克服现有的TBM施工过程中存在的效率低下、地质适应性差、围岩扰动大等问题，兼顾满足硬岩掘进施工要求，本专利技术提供了一种推力和支撑力实时耦合调控的TBM推进支撑液压系统，既可以实现推进压力和支撑压的实时耦合调节控制，增加系统在施工过程中对围岩条件的自适应性，又可以大大降低推力和支撑力不匹配从而引起TBM卡机刀盘受困的事故发生概率。 本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是:推力和支撑力实时耦合调控的TBM推进支撑液压系统包括:第一比例减压阀、第一三位四通换向阀、安全阀、溢流阀、推进液压缸、第一压力传感器、第二三位四通换向阀、第二比例减压阀、第三三位四通换向阀、第一液控单向阀、第一节流口、撑靴液压缸、第二压力传感器、第二节流口、第二液控单向阀、第三液控单向阀、第一背压阀、第二背压阀、第四液控单向阀、单向阀、第四三位四通换向阀；高压小流量进油路与第一比例减压阀的进油口、第二比例减压阀的进油口相连；第一比例减压阀的出油口与第一三位四通换向阀的第一油口连通；第一三位四通换向阀的第二油口与安全阀的进油口、推进液压缸的进油口、第二三位四通换向阀的第二油口、第一压力传感器相连；推进液压缸的出油口与第一三位四通换向阀的第三油口、溢流阀的进油口、第二三位四通换向阀的第三油口相连；第二比例减压阀的出油口与第三三位四通换向阀的第一油口连通；第三三位四通换向阀的第二油口与第一液控单向阀的进油口连通；第一液控单向阀的出油口与第一节流口的进油口相连；第一节流口的出油口与撑靴液压缸的进油口、第二节流口的出油口、第二压力传感器相连；撑靴液压缸的第一出油口与第三液控单向阀的进油口、第一背压阀的进油口连通；撑靴液压缸的第二出油口与第四液控单向阀的进油口、第二背压阀的进油口连通；第三液控单向阀的出油口、第一背压阀的出油口、第二背压阀的出油口、第四液控单向阀的出油口、第二液控单向阀的控制油口与单向阀的进油口、第四三位四通换向阀的第二油口相连；单向阀的出油口与第三三位四通换向阀的第三油口、第一液控单向阀的控制油口相连；第二节流口的进油口与第二液控单向阀的出油口连通；第二液控单向阀的进油口、第三液控单向阀的控制油口、第四液控单向阀的控制油口与第四三位四通换向阀的第三油口连通；低压大流量进油路与第二三位四通换向阀的第一油口、第四三位四通换向阀的第一油口相连；安全阀的出油口、三位四通换向阀的第四油口、溢流阀的出油口、第二三位四通换向阀的第四油口、第三三位四通换向阀的第四油口、第四三位四通换向阀的第四油口与主回油路相连。其中，四个推进液压缸的进油口相互连通，四个推进液压缸的出油口相互连通。 本专利技术与
技术介绍
相比，具有的有益效果是:I)推进缸和撑靴缸的工作压力在掘进过程中实时可调，依据系统参数、掘进速率、以及围岩参数，可以提高推进支撑系统对围岩的适应性，降低TBM对围岩的扰动。 2)在整个掘进施工段，TBM的推进力和支撑力的相互关系可依据围岩条件实时耦合调控。在不同的撑靴接地比压、岩体抗压强度的作用下，为TBM设计相应的智能控制器，实时控制推进缸和撑靴缸的工作压力，使TBM的推力和支撑力始终保持在最优耦合关系，TBM的掘进效率达到最大化。此外，由于TBM的推力和支撑力始终得到耦合调控，掘进机对围岩的破坏扰动在可控范围内持续变化。围岩的变形得到合理控制，TBM刀盘或盾体被卡的概率大大降低。 【附图说明】 附图是推力和支撑力实时耦合调控的TBM推进支撑液压系统结构示意图。 图中:1.第一比例减压阀，2.第一三位四通换向阀，3.安全阀，4.溢流阀，5.推进液压缸，6.第一压力传感器，7.第二三位四通换向阀，8.第二比例减压阀，9.第三三位四通换向阀，10.第一液控单向阀，11.第一节流口，12.撑靴液压缸，13.第二压力传感器，14.第二节流口，15.第二液控单向阀，16.第三液控单向阀，17.第一背压阀，18.第二背压阀，19.第四液控单向阀，20.第四单向阀，21.三位四通换向阀。 【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。 推力和支撑力实时耦合调控的TBM推进支撑液压系统，其特征在于包括:第一比例减压阀1、第一三位四通换向阀2、安全阀3、溢流阀4、推进液压缸5、第一压力传感器6、第二三位四通换向阀7、第二比例减压阀8、第三三位四通换向阀9、液控单向阀10、第一节流口 11、撑靴液压缸12、第二压力传感器13、第二节流口 14、第二液控单向阀15、第三液控单向阀16、第一背压阀17、第二背压阀18、第四液控单向阀19、单向阀20、第四三位四通换向阀21 ;高压小流量进油路与第一比例减压阀I的进油口 P1、第二比例减压阀8的进油口P8相连；第一比例减压阀I的出油口 Tl与第一三位四通换向阀2的第一油口 P2连通；第一三位四通换向阀2的第二油口 A2与安全阀3的进油口 P3、推进液压缸5的进油口 P5、第二三位四通换向阀7的第二油口 A7、第一压力传感器6相连；推进液压缸5的出油口 T5与第一三位四通换向阀2的第三油口 B2、溢流阀4的进油口 P4、第二三位四通换向阀7的第三油口 B7相连；第二比例减压阀8的出油口 T8与第三三位四通换向阀9的第一油口 P9连通；第三三位四通换向阀9的第二油口 A9与第一液控单向阀10的进油口 PlO连通?’第一液控单向阀10的出油口 TlO与第一节流口 11的进油口 Pll相连；第一节流口 11的出油口Tll与撑靴液压缸12的进油口 P12、第二节流口 14的出油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种推力和支撑力实时耦合调控的TBM推进支撑液压系统，其特征在于包括：第一比例减压阀（1）、第一三位四通换向阀（2）、安全阀（3）、溢流阀（4）、推进液压缸（5）、第一压力传感器（6）、第二三位四通换向阀（7）、第二比例减压阀（8）、第三三位四通换向阀（9）、第一液控单向阀（10）、第一节流口（11）、撑靴液压缸（12）、第二压力传感器（13）、第二节流口（14）、第二液控单向阀（15）、第三液控单向阀（16）、第一背压阀（17）、第二背压阀（18）、第四液控单向阀（19）、单向阀（20）、第四三位四通换向阀（21）；高压小流量进油路与第一比例减压阀（1）的进油口（P1）、第二比例减压阀（8）的进油口（P8）相连；第一比例减压阀（1）的出油口（T1）与第一三位四通换向阀（2）的第一油口（P2）连通；第一三位四通换向阀（2）的第二油口（A2）与安全阀（3）的进油口（P3）、推进液压缸（5）的进油口（P5）、第二三位四通换向阀（7）的第二油口（A7）、第一压力传感器（6）相连；推进液压缸（5）的出油口（T5）与第一三位四通换向阀（2）的第三油口（B2）、溢流阀（4）的进油口（P4）、第二三位四通换向阀（7）的第三油口（B7）相连；第二比例减压阀（8）的出油口（T8）与第三三位四通换向阀（9）的第一油口（P9）连通；第三三位四通换向阀（9）的第二油口（A9）与第一液控单向阀（10）的进油口（P10）连通；第一液控单向阀（10）的出油口（T10）与第一节流口（11）的进油口（P11）相连；第一节流口（11）的出油口（T11）与撑靴液压缸（12）的进油口（P12）、第二节流口（14）的出油口（T14）、第二压力传感器（13）相连；撑靴液压缸（12）的第一出油口（T12.1）与第三液控单向阀（16）的进油口（P16）、第一背压阀（17）的进油口（P17）连通；撑靴液压缸（12）的第二出油口（T12.2）与第四液控单向阀（19）的进油口（P19）、第二背压阀（18）的进油口（P18）连通；第三液控单向阀（16）的出油口（T16）、第一背压阀（17）的出油口（T17）、第二背压阀（18）的出油口（T18）、第四液控单向阀（19）的出油口（T19）、第二液控单向阀（15）的控制油口（X15）与单向阀（20）的进油口（P20）、第四三位四通换向阀（21）的第二油口（A21）相连；单向阀（20）的出油口（T20）与第三三位四通换向阀（9）的第三油口（B9）、第一液控单向阀（10）的控制油口（X10）相连；第二节流口（14）的进油口（P14）与第二液控单向阀（15）的出油口（T15）连通；第二液控单向阀（15）的进油口（P15）、第三液控单向阀（16）的控制油口（X16）、第四液控单向阀（19）的控制油口（X19）与第四三位四通换向阀（21）的第三油口（B21）连通；低压大流量进油路与第二三位四通换向阀（7）的第一油口（P7）、第四三位四通换向阀（21）的第一油口（P21）相连；安全阀（3）的出油口（T3）、三位四通换向阀（2）的第四油口（T2）、溢流阀（4）的出油口（T4）、第二三位四通换向阀（7）的第四油口（T7）、第三三位四通换向阀（9）的第四油口（T9）、第四三位四通换向阀（21）的第四油口（T21）与主回油路相连,其中，四个推进液压缸的进油口相互连通（P5），四个推进液压缸的出油口相互连通（T5）。...

【技术特征摘要】
1.一种推力和支撑力实时耦合调控的TBM推进支撑液压系统，其特征在于包括:第一比例减压阀(I)、第一三位四通换向阀(2)、安全阀(3)、溢流阀(4)、推进液压缸(5)、第一压力传感器(6)、第二三位四通换向阀(7)、第二比例减压阀(8)、第三三位四通换向阀(9)、第一液控单向阀(10)、第一节流口(11)、撑靴液压缸(12)、第二压力传感器(13)、第二节流口(14)、第二液控单向阀(15)、第三液控单向阀(16)、第一背压阀(17)、第二背压阀(18)、第四液控单向阀(19)、单向阀(20)、第四三位四通换向阀(21);高压小流量进油路与第一比例减压阀(I)的进油口(P1)、第二比例减压阀(8)的进油口(P8)相连；第一比例减压阀(I)的出油口(Tl)与第一三位四通换向阀(2)的第一油口(P2)连通；第一三位四通换向阀(2)的第二油口(A2)与安全阀(3)的进油口(P3)、推进液压缸(5)的进油口(P5)、第二三位四通换向阀(7)的第二油口(A7)、第一压力传感器(6)相连；推进液压缸(5)的出油口(T5)与第一三位四通换向阀(2)的第三油口(B2)、溢流阀(4)的进油口(P4)、第二三位四通换向阀(7)的第三油口(B7)相连；第二比例减压阀(8)的出油口(T8)与第三三位四通换向阀(9)的第一油口(P9)连通；第三三位四通换向阀(9)的第二油口(A9)与第一液控单向阀(10)的进油口(PlO)连通；第一液控单向阀(10)的出油口(TlO)与第一节流口(11)的进油口(Pll)相连；第一节流口(11)的出油口(Tll)与撑靴液压缸(12)的进油口(P12)、第二节流口(14)的出油口(T14)、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚国芳，吴伟强，彭雄斌，杨华勇，张振，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33