一种刚度与阻尼可变的盾构被动铰接油缸液压控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种刚度与阻尼可变的盾构被动铰接油缸液压控制系统，本系统具备三个不同压力的蓄能器，每个蓄能器出口均连接一个可变节流阀，通过切换不同压力的蓄能器实现被动铰接油缸液压控制系统的刚度调节，通过调整可变节流阀的阀口开度实现被动铰接油缸液压控制系统的变阻尼功能。在实现被动铰接油缸液压控制系统的独立式主动位置控制功能和被动铰接驱动功能的前提下，具备刚度和主被动阻尼可调的功能以适应不同的地质条件和掘进参数，同时可减少能源的浪费。时可减少能源的浪费。时可减少能源的浪费。

【技术实现步骤摘要】
一种刚度与阻尼可变的盾构被动铰接油缸液压控制系统


[0001]本申请属于液压控制领域，具体涉及一种刚度与阻尼可变的盾构被动铰接油缸液压控制系统。

技术介绍

[0002]被动铰链油缸液压控制系统是一种用于提高盾构机转弯灵活性，降低转弯半径，保证施工精度的重要子系统，广泛应用于城市小转弯半径的隧道施工。被动铰接油缸液压控制系统需要具有一定的关节柔度，以适应转弯过程中前盾与后盾之间的位姿偏差，同时需要具有一定的刚度以拖动后盾及后配套设备。传统的被动铰链油缸液压控制系统通常为固定刚度与阻尼的系统，地质适应能力较差。

技术实现思路

[0003]基于上述问题，本申请提供一种具备一定的被动补偿能力、刚度与阻尼可变的被动铰接油缸液压控制系统，其技术方案为，一种刚度与阻尼可变的盾构被动铰接油缸液压控制系统，包括双作用单出杆液压缸组，所述双作用单出杆液压缸组的第一腔室串联第一组电磁换向阀、第一组比例调速阀，所述双作用单出杆液压缸上设有位移传感器，所述双作用单出杆液压缸组的第二腔室通过可变节流阀组分别与比例减压阀、蓄能器组连接，所述比例减压阀分别连接油箱和油源；所述第一组比例调速阀与油源连接，所述第一组电磁换向阀与油箱连接，所述第一组电磁换向阀、第一组比例调速阀、位移传感器分别与刚度与阻尼控制器连接。
[0004]进一步的，所述蓄能器组上设有压力传感器，并通过第二组电磁换向阀与双作用单出杆液压缸组的第二腔室连接；所述第二组电磁换向阀通过第三组电磁换向阀、第二组比例调速阀与油源连接；所述第二组电磁换向阀、第三组电磁换向阀、第二组比例调速阀和压力传感器均与刚度与阻尼控制器连接，所述蓄能器组中的各个蓄能器的蓄积压力能不同，根据工况选取其中一个合适的蓄能器工作。
[0005]进一步的，所述比例减压阀的A口与油源相连，比例减压阀的C口与油箱相连，比例减压阀的B口分别与可变节流阀组的B口连接、第二组电磁换向阀的A口连接；可变节流阀组的A口与双作用单出杆液压缸组的B口相连，双作用单出杆液压缸组的A口与第一组电磁换向阀的B口相连，第一组电磁换向阀的A口与第一组比例调速阀的B口相连，第一组电磁换向阀的C口与油箱相连，第一组比例调速阀的A口与油源相连；第二组电磁换向阀的B口与蓄能器组的A口、第三组电磁换向阀的B口相连；第三组电磁换向阀的A口与第二组比例调速阀的B口相连；第二组比例调速阀的A口与油源相连。
[0006]进一步的，独立式主动位置控制过程为：每个双作用单出杆液压缸上的位移传感器将其位移信号通过控制线路传递至刚度与阻尼控制器，根据位移传感器的位移信号刚度与阻尼控制器分别通过控制线路将第一组电磁换向阀转换至左位，通过控制线路将第二组电磁换向阀转换至右位，通过控制线路
将第三组电磁换向阀转换至右位，通过控制线路调整第一组比例调速阀的阀口大小，通过控制线路将比例减压阀的出口压力调整为零，油源流出的液压油经第一组比例调速阀后流入第一组电磁换向阀，第一组电磁换向阀流出的液压油经每个双作用单出杆液压缸的A口流入其第一腔室内，双作用单出杆液压缸的第二腔室内的液压油经其B口流出，经可变节流阀组的液压油流入比例减压阀，液压油经比例减压阀后由其C口流回油箱，通过对每个双作用单出杆液压缸的活塞杆的位移进行独立式的调整，实现被动铰接油缸液压控制系统的独立式主动位置控制功能。
[0007]进一步的，被动铰接驱动过程为：根据所需驱动力大小的不同，选择打开不同压力的蓄能器，位移传感器将其位移信号通过控制线路传递至刚度与阻尼控制器，压力传感器将其压力信号通过控制线路传递至刚度与阻尼控制器，根据位移传感器的位移信号和压力传感器的压力信号刚度与阻尼控制器分别通过控制线路控制第二组电磁换向阀中与所需压力的蓄能器相连的电磁换向阀转换至左位，根据需求开启对应压力的蓄能器，通过控制线路控制第一组电磁换向阀处于右位；当双作用单出杆液压缸组的活塞杆受到载荷缩回时，对应蓄能器内的液压油分别经压力传感器、对应的电磁换向阀流入可变节流阀组，液压油经可变节流阀组后流入双作用单出杆液压缸组的第二腔室内，双作用单出杆液压缸组的第一腔室内的液压油由第一组电磁换向阀流回油箱；当双作用单出杆液压缸组的活塞杆受到载荷伸出时，油箱内的液压油经第一组电磁换向阀流入双作用单出杆液压缸组的第一腔室，双作用单出杆液压缸组的第二腔室内的液压油经其B口流出，液压油经可变节流阀组后流入与对应蓄能器连接的电磁换向阀，液压油经对应电磁换向阀后分别流入压力传感器和对应蓄能器，实现被动铰接驱动功能。
[0008]进一步的，刚度与阻尼调节过程为：被动铰接油缸液压控制系统在实现被动铰接驱动功能的情况下，根据不同的刚度需求选择切换不同压力的蓄能器,当需要改变被动铰接油缸液压控制系统的铰接刚度时，刚度与阻尼控制器通过控制线路控制比例减压阀将其B口的液压油压力调整至与当前工作的蓄能器相同的压力，刚度与阻尼控制器通过控制线路控制第二组电磁换向阀处于右位，刚度与阻尼控制器控制比例减压阀使其B口的压力不断调整直至与所需蓄能器的压力相同，刚度与阻尼控制器分别通过控制线路控制第二组电磁换向阀中与所需压力的蓄能器相连的电磁换向阀处于左位，通过控制线路关闭比例减压阀（输出压力调至最大），通过不同压力的蓄能器之间的切换改变被动铰接油缸液压控制系统的铰接刚度，通过调节可变节流阀组的阀口开度改变被动铰接油缸液压控制系统的阻尼，实现被动铰接油缸液压控制系统的刚度与阻尼调节功能。
[0009]进一步的，补油过程为：当与蓄能器连接的压力传感器的压力低于预设值时，压力传感器通过控制线路将其压力信号传递至刚度与阻尼控制器，根据压力传感器的压力信号刚度与阻尼控制器分别通过控制线路控制第三组电磁换向阀中与上述蓄能器相连的电磁换向阀处于左位，通过控制线路调整对应的比例调速阀的阀口大小控制蓄能器的补油速度，油源流出的液压油经比例调速阀流入第三电磁换向阀组中与所需补油的蓄能器相连的电磁换向阀,液压油经上述电磁换向阀后分别流入对应的压力传感器和对应的蓄能器，为蓄能器补油；当与蓄能器连
接的压力传感器的压力达到预设值时，压力传感器通过控制线路将其压力信号传递至刚度与阻尼控制器，根据压力传感器的压力信号刚度与阻尼控制器通过控制线路控制第三组电磁换向阀中与上述蓄能器相连的电磁换向阀处于右位，完成对蓄能器的可变速度补油。
[0010]有益效果1）本申请设计的一种刚度与阻尼可变的盾构被动铰接油缸液压控制系统具备不同压力的蓄能器，每个双作用单出杆液压缸有杆腔出口均连接一个可变节流阀，通过切换不同压力的蓄能器实现被动铰接油缸液压控制系统的刚度调节，通过调整可变节流阀的阀口开度实现被动铰接油缸液压控制系统的变阻尼功能。
[0011]2）在实现被动铰接油缸液压控制系统的独立式主动位置控制功能和被动铰接驱动功能的前提下，具备刚度和主被动阻尼可调的功能以适应不同的地质条件，同时可减少能源的浪费。
附图说明
[0012]图1为本申请液压系统原理图；其中1
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电磁换向阀一，2
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比例调速阀一，3
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刚度与阻尼可变的盾构被动铰接油缸液压控制系统，其特征在于，包括双作用单出杆液压缸组，所述双作用单出杆液压缸组的第一腔室串联第一组电磁换向阀、第一组比例调速阀，所述双作用单出杆液压缸上设有位移传感器，所述双作用单出杆液压缸组的第二腔室通过可变节流阀组分别与比例减压阀、蓄能器组连接，所述比例减压阀分别连接油箱和油源；所述第一组比例调速阀与油源连接，所述第一组电磁换向阀与油箱连接，所述第一组电磁换向阀、第一组比例调速阀、位移传感器分别与刚度与阻尼控制器连接。2.根据权利要求1所述的一种刚度与阻尼可变的盾构被动铰接油缸液压控制系统，其特征在于，所述蓄能器组上设有压力传感器，并通过第二组电磁换向阀与双作用单出杆液压缸组的第二油腔连接；所述第二组电磁换向阀通过第三组电磁换向阀、第二组比例调速阀与油源连接；所述第二组电磁换向阀、第三组电磁换向阀、第二组比例调速阀和压力传感器均与刚度与阻尼控制器连接，所述蓄能器组中的各个蓄能器的蓄积压力能不同，根据工况选取其中一个合适的蓄能器工作。3.根据权利要求1所述的一种刚度与阻尼可变的盾构被动铰接油缸液压控制系统，其特征在于，所述比例减压阀的A口与油源相连，比例减压阀的C口与油箱相连，比例减压阀的B口分别与可变节流阀组的B口连接、第二组电磁换向阀的A口连接；可变节流阀组的A口与双作用单出杆液压缸组的B口相连，双作用单出杆液压缸组的A口与第一组电磁换向阀的B口相连，第一组电磁换向阀的A口与第一组比例调速阀的B口相连，第一组电磁换向阀的C口与油箱相连，第一组比例调速阀的A口与油源相连；第二组电磁换向阀的B口与蓄能器组的A口、第三组电磁换向阀的B口相连；第三组电磁换向阀的A口与第二组比例调速阀的B口相连；第二组比例调速阀的A口与油源相连。4.根据权利要求1所述的一种刚度与阻尼可变的盾构被动铰接油缸液压控制系统，其特征在于，独立式主动位置控制过程为：每个双作用单出杆液压缸上的位移传感器将其位移信号通过控制线路传递至刚度与阻尼控制器，根据位移传感器的位移信号刚度与阻尼控制器分别通过控制线路将第一组电磁换向阀转换至左位，通过控制线路将第二组电磁换向阀转换至右位，通过控制线路将第三组电磁换向阀转换至右位，通过控制线路调整第一组比例调速阀的阀口大小，通过控制线路将比例减压阀的出口压力调整为零，油源流出的液压油经第一组比例调速阀流入第一组电磁换向阀，第一组电磁换向阀流出的液压油经每个双作用单出杆液压缸的A口流入其第一腔室内，双作用单出杆液压缸的第二腔室内的液压油经其B口流出后流入可变节流阀组，液压油经可变节流阀组后流入比例减压阀，液压油经比例减压阀后由其C口流回油箱，通过对每个双作用单出杆液压缸的活塞杆的位移进行独立式的调整，实现被动铰接油缸液压控制系统的独立式主动位置控制功能。5.根据权利要求1所述的一种刚度与阻尼可变的盾构被动铰接油缸液压控制系统，其特征在于，被动铰接驱动过程为：根据所需驱动力大小的不同，选择打开不同压力的蓄能器，位移传感器将...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建军，张宏达，刘作威，杨旭，曾垂刚，郭璐，纪立超，陈馈，任颖莹，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司山东大学，
类型：发明
国别省市：