一种盾构机被动铰接液压控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种盾构机被动铰接液压控制系统及控制方法，盾构机被动铰接液压控制系统包括：至少两个第一换向阀，第一回油油路，缩回、释放油路以及减压、锁压油路；第一换向阀处于断电状态或得电状态中的一者时，有杆腔直接与缩回、释放油路连通；第一换向阀处于断电状态或得电状态中的另一者时，有杆腔通过减压、锁压油路与缩回、释放油路连通。本发明专利技术提供的盾构机被动铰接液压控制系统使盾尾姿态由被动不可控变成可控，改善了盾构机应对施工过程中突发不良施工问题的能力，改善了衬砌作业效率；实现了整体缩回、整体释放铰接液压缸以及被动铰接液压缸的分区收回和分区释放，避免液压缸行程差过大，提高液压缸使用寿命、隧道施工质量和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构机被动铰接液压控制系统及控制方法
本专利技术涉及工程机械
，更具体地说，涉及一种盾构机被动铰接液压控制系统。此外，本专利技术还涉及一种适用于上述盾构机被动铰接液压控制系统的控制方法。
技术介绍
现有的盾构机被动铰接液压控制系统中，将所有的铰接液压缸的有杆腔串联在一起，构成一个整体密闭容腔，将所有铰接液压缸无杆腔串联在一起通回油，在地层包裹负载和隧道管片与盾尾密封刷摩擦负载等外负载力的作用下，液压缸有杆腔内油液受到压缩建立压力以抵抗负载力，受力平衡拖动盾尾跟随盾构机掘进。当盾构机掘进中转弯或纠偏时，铰接液压缸会被动跟随转弯趋势，液压缸有杆腔内油液能在整体密闭容腔内流动平衡，从液压缸行程较大的区域流动至行程较小的区域，即液压缸有杆腔内的油液自动流动，液压缸无杆腔则通过回油管实现补油，此时铰接液压缸会跟随盾构机转弯趋势出现行程差，减小盾构机的转弯半径。随着盾构机转弯或纠偏趋势的加大，铰接液压缸的行程差也会随之增加。当部分区域液压缸行程达到极限工况时，即液压缸活塞杆完全伸出或完全缩回时，此时如果盾构机继续掘进，铰接液压缸由液压弹簧的柔性连接变成了机械刚性连接，容易损坏失效，引起盾构机故障。此外，铰接液压缸行程差过大时也会使隧道衬砌作业效率下降，影响施工进度和质量。盾构机转弯或纠偏过程中，铰接液压缸完全伸出或完全缩回的状态不一定会同时出现，当出现其中一种极限工况时，需要盾构司机主动收回或释放液压缸加以调整，以保护盾构机。收回工况是让铰接液压缸有杆腔与油源相通，缩回液压缸；释放工况是将铰接液压缸有杆腔克服外负载建立的油液压力与回油相通，将压力释放掉，在外负载的作用下被动释放出来。现有的被动铰接液压控制系统中，由于铰接液压缸有杆腔都串联在一起，缩回工况时均与油源相通，所有液压缸整体被收回，会使行程较长的区域液压缸被收回的同时，使原本行程很小或已经没有行程的区域液压缸也一起被收回，加剧了极限工况。此时需要将已经没有行程的液压缸慢慢释放出来；同理，在释放行程小的区域液压缸时，行程较长的区域液压缸更容易被放出来，行程差再一次加大，如此往复，进入一个恶性循环，需要频繁操作收回和释放铰接液压缸，对盾构机使用者提出了较高的技术要求。盾构机转弯或纠偏过程中，当铰接液压缸出现行程差过大时，现有被动铰接液压控制系统只能通过改善盾构机掘进姿态来改善上述问题，有时可能需要牺牲一段区域，使盾构机掘进中偏离了隧道的设计轴线，影响隧道施工质量。因此现有的被动铰接形式的盾构机更多只能适用于隧道转弯较少，或隧道转弯半径较大的隧道施工中，具有一定的局限性。盾构法隧道施工过程复杂多变，不仅对施工技术人员要求较高，当富水地层注浆不及时或不饱满出现管片上浮、软土地层盾构机由于自重出现载头、盾尾与管片间隙过小影响衬砌作业等不良施工问题出现时，盾尾姿态被动不可控，对操作者的技术要求及应急反应能力要求较高。综上所述，如何提供一种避免铰接油缸行程差过大的盾构机被动铰接液压控制系统，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种盾构机被动铰接液压控制系统，可以实现分区收回和分区释放，使使用者可以提前做出转弯预判，及时纠偏，避免被动铰接液压缸行程差过大，甚至出现极限工况，提高了液压缸使用寿命和隧道施工质量及效率。本专利技术的另一目的是提供一种适用于上述盾构机被动铰接液压控制系统的控制方法。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种盾构机被动铰接液压控制系统，包括：至少两个第一换向阀，用于与铰接液压缸的有杆腔连接；第一回油油路，用于与所述铰接液压缸的无杆腔连接；缩回、释放油路，用于与所述第一换向阀连接，以为所述有杆腔提供油源或使所述有杆腔通回油；减压、锁压油路，用于与所述第一换向阀连接，为所述有杆腔提供减压之后的所述油源液压油或使所述有杆腔实现锁压；且所述第一换向阀处于断电状态或得电状态中的一者时，所述有杆腔直接与所述缩回、释放油路连通，以使所述有杆腔缩回或释放；所述第一换向阀处于断电状态或得电状态中的另一者时，所述有杆腔通过所述减压、锁压油路与所述缩回、释放油路连通，以使所述有杆腔通低压油源而保持不动；与同一所述第一换向阀连接的所述铰接液压缸的有杆腔串联连接，与不同的所述第一换向阀连接的所述铰接液压缸的有杆腔并联连接。优选的，所述缩回、释放油路包括缩回油路和释放油路，且所述缩回油路包括缩回阀和与所述缩回阀连接的油源；所述释放油路包括释放阀和与所述释放阀连接的第二回油油路；且所述释放阀和所述缩回阀均与所述第一换向阀连接。优选的，所述油源包括低压油源和高压油源，且所述低压油源和所述高压油源可选择的与所述缩回阀连接。优选的，所述减压、锁压油路包括第二换向阀、与所述第二换向阀连接的减压阀以及与所述减压阀连接的单向阀，所述第二换向阀与所述缩回、释放油路连接，所述单向阀与所述第一换向阀连接；所述有杆腔通过所述减压、锁压油路与所述缩回、释放油路连通，且所述第二换向阀、所述减压阀和所述单向阀均处于打开状态下，减压之后的所述油源液压油经所述第一换向阀流入所述有杆腔；所述有杆腔通过所述减压、锁压油路与所述缩回、释放油路连通，所述第二换向阀、所述减压阀和所述单向阀均处于闭合状态下，所述有杆腔实现锁压。优选的，还包括设置于所述减压、锁压油路的第一安全阀。优选的，所述减压、锁压油路包括第三换向阀和与所述第三换向阀连接的先导型比例减压阀，且液压油在所述先导型比例减压阀内只可单向流动。优选的，所述第一换向阀的数量为四个，且所述铰接液压缸沿盾尾的周向分为四组分区，四组所述铰接液压缸与所述第一换向阀一一对应连接。优选的，任意一组所述铰接液压缸中均设置有用于实时测量所述铰接液压缸行程的行程传感器以及用于实时测量所述铰接液压缸有杆腔压力的压力传感器。一种控制方法，适用于上述任一项的盾构机被动铰接液压控制系统，包括：步骤S1，判断所述铰接液压缸是否出现极限工况；若是，则控制所述铰接液压缸整体释放或整体收回，若否，则进入步骤S2；步骤S2，判断所述铰接液压缸的行程差或行程是否大于或等于预设值，若是，则进入步骤S3，若否则进入步骤S4；步骤S3，控制所述铰接液压缸分区释放或分区收回；步骤S4，恢复至整体被动铰接控制工况，不再人为主动干预铰接液压缸分区行程。优选的，所述控制所述铰接液压缸分区释放或分区收回，包括：步骤S31，判断是否存在所述铰接液压缸的行程接近完全伸出状态，若是，则控制所述铰接液压缸分区收回液压缸行程较大的区域；若否，则进入步骤S32；步骤S32，判断是否存在所述铰接液压缸的行程接近完全缩回状态，若是，则控制所述铰接液压缸分区释放液压缸行程较小的区域；若否，则进入步骤S4。优选的，所述控制所述铰接液压缸分区收回液压缸行程较大的区域，包括：控制所述液压缸行程较大的区域所对应的第一换向阀、释放阀失电，控制其余所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构机被动铰接液压控制系统，其特征在于，包括：/n至少两个第一换向阀(1)，用于与铰接液压缸(2)的有杆腔连接；/n第一回油油路(14)，用于与所述铰接液压缸(2)的无杆腔连接；/n缩回、释放油路，用于与所述第一换向阀(1)连接，以为所述有杆腔提供油源或使所述有杆腔通回油；/n减压、锁压油路，用于与所述第一换向阀(1)连接，为所述有杆腔提供减压之后的所述油源液压油或使所述有杆腔实现锁压；/n且所述第一换向阀(1)处于断电状态或得电状态中的一者时，所述有杆腔直接与所述缩回、释放油路连通，以使所述有杆腔缩回或释放；/n所述第一换向阀(1)处于断电状态或得电状态中的另一者时，所述有杆腔通过所述减压、锁压油路与所述缩回、释放油路连通，以使所述有杆腔通低压油源而保持不动；/n与同一所述第一换向阀(1)连接的所述铰接液压缸(2)的有杆腔串联连接，与不同的所述第一换向阀(1)连接的所述铰接液压缸(2)的有杆腔并联连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种盾构机被动铰接液压控制系统，其特征在于，包括：
至少两个第一换向阀(1)，用于与铰接液压缸(2)的有杆腔连接；
第一回油油路(14)，用于与所述铰接液压缸(2)的无杆腔连接；
缩回、释放油路，用于与所述第一换向阀(1)连接，以为所述有杆腔提供油源或使所述有杆腔通回油；
减压、锁压油路，用于与所述第一换向阀(1)连接，为所述有杆腔提供减压之后的所述油源液压油或使所述有杆腔实现锁压；
且所述第一换向阀(1)处于断电状态或得电状态中的一者时，所述有杆腔直接与所述缩回、释放油路连通，以使所述有杆腔缩回或释放；
所述第一换向阀(1)处于断电状态或得电状态中的另一者时，所述有杆腔通过所述减压、锁压油路与所述缩回、释放油路连通，以使所述有杆腔通低压油源而保持不动；
与同一所述第一换向阀(1)连接的所述铰接液压缸(2)的有杆腔串联连接，与不同的所述第一换向阀(1)连接的所述铰接液压缸(2)的有杆腔并联连接。


2.根据权利要求1所述的盾构机被动铰接液压控制系统，其特征在于，所述缩回、释放油路包括缩回油路和释放油路，且所述缩回油路包括缩回阀(4)和与所述缩回阀(4)连接的油源；所述释放油路包括释放阀(3)和与所述释放阀(3)连接的第二回油油路(7)；且所述释放阀(3)和所述缩回阀(4)均与所述第一换向阀(1)连接。


3.根据权利要求2所述的盾构机被动铰接液压控制系统，其特征在于，所述油源包括低压油源(5)和高压油源(6)，且所述低压油源(5)和所述高压油源(6)可选择的与所述缩回阀(4)连接。


4.根据权利要求1所述的盾构机被动铰接液压控制系统，其特征在于，所述减压、锁压油路包括第二换向阀(8)、与所述第二换向阀(8)连接的减压阀(9)以及与所述减压阀(9)连接的单向阀(11)，所述第二换向阀(8)与所述缩回、释放油路连接，所述单向阀(11)与所述第一换向阀(1)连接；
所述有杆腔通过所述减压、锁压油路与所述缩回、释放油路连通，且所述第二换向阀(8)、所述减压阀(9)和所述单向阀(11)均处于打开状态下，减压之后的所述油源液压油经所述第一换向阀(1)流入所述有杆腔；
所述有杆腔通过所述减压、锁压油路与所述缩回、释放油路连通，所述第二换向阀(8)、所述减压阀(9)和所述单向阀(11)均处于闭合状态下，所述有杆腔实现锁压。


5.根据权利要求4所述的盾构机被动铰接液压控制系统，其特征在于，还包括设置于所述减压、锁压油路的第一安全阀(10)。


6.根据权利要求1所述的盾构机被动铰接液压控制系统，其特征在于，所述减压、锁压油路包括第三换向阀(12)和与所述第三换向阀(12)连接的先导型比例减压阀(13)，且液压油在所述先导型比例减压阀(13)内只可单向流动。


7.根据权利要求1-6任一项所述的盾构机被动铰接液压控制系统，其特征在于，所述第一换向阀(1)的数量为四个，且所述铰接液压缸(2)沿盾尾(02)的周向分为四组分区，四组所述铰接液压缸(2)与所述第一换向阀(1)一一对应连接。


8.根据权利要求7所述的盾构机被动铰接液压控制系统，其特征在于，任意一组所述铰接液压缸(2)中均设置有用于实时测量所述铰接液压缸(2)行程的行程传感器以及用于实时测量所述铰接液压缸(2)有杆腔压力的压力传感器。


9.一种控制方法，适用于上述权利要求1-8任一项的盾构机被动铰接液压控制系统，其特征在于，包括：
步骤S1，判断所述铰接液压缸(2)是否出现极限工况；若是，则控制所述铰接液压缸(2)整体释放或整体收回，若否，则进入步骤S2；
步骤S2，判断所述铰...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，程永亮，韩俊男，周赛群，曾定荣，杨阳，左佳玉，吴立桃，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43