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CN112814692B - 一种盾构机及其姿态纠偏系统 - Google Patents

一种盾构机及其姿态纠偏系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于盾构机技术领域，具体涉及一种盾构机及其姿态纠偏系统。该姿态纠偏系统包括高压油缸、增压油缸、第一逻辑阀、第二逻辑阀、先导阀、换向阀和回油箱，通过液控换向阀控制双作用增压油缸的运动方向，通过先导阀给液控换向阀提供先导油使液控换向阀换向，通过逻辑阀给先导阀提供控制油使先导阀换向，通过纯液压控制便可使双作用增压缸自动换向，实现以较小的装置持续输出高压油，在盾构机栽头后提供足够的动力使盾构机抬头，保证盾构机的可靠工作。该装置无需电气控制，在施工现场方便实现。

Description

一种盾构机及其姿态纠偏系统
技术领域
本发明属于盾构机技术领域，具体涉及一种盾构机及其姿态纠偏系统。
背景技术
盾构机作为大型隧道施工用装备已经成为国内乃至世界隧道工程发展的需要，针对盾构机在极淤泥地层或者上硬下软地层施工过程中，经常出现栽头现象。栽头会导致盾构机偏离原有掘进路线，无法保证施工安全，严重时会造成施工事故，盾构机栽头之后，原有推进油缸产生的推力不足以使盾构抬头。
发明内容
本发明提供了一种盾构机及其姿态纠偏系统，用以解决现有技术中油缸产生的推力不足导致盾构机栽头而使盾构机偏离原有掘进路线的问题。
为解决上述技术问题，本发明所包括的技术方案以及技术方案对应的有益效果如下：
本发明提供了一种盾构机姿态纠偏系统，包括高压油缸、增压油缸、第一逻辑阀、第二逻辑阀、先导阀、换向阀和回油箱；
所述增压油缸包括缸体、以及滑动装配于缸体内的第一活塞、第二活塞和第三活塞，缸体与第一活塞之间、第一活塞与第二活塞之间、第二活塞与第三活塞之间、第三活塞与缸体之间分别形成第一高压腔、第一增压腔、第二增压腔和第二高压腔；且第一活塞和第二活塞通过第一连杆相连，第二活塞和第三活塞通过第二连杆相连；第一活塞具有第一施力面，用于向第一高压腔中的液压油施加压力；第二活塞具有第一受力面和第二受力面，分别用于被第一增压腔、第二增压腔中的液压油施加压力；第三活塞具有第二施力面，用于向第二高压腔中的液压油施加压力；第一受力面的面积大于第二施力面的面积，第二受力面的面积大于第一施力面的面积；第一高压腔、第二高压腔均连接高压油缸的进油口；
所述换向阀具有左位工作状态和右位工作状态；所述换向阀的左位工作状态用于使液压泵站和第一增压腔连通、以及第二增压腔和回油箱连通；右位工作状态用于使液压泵站和第二增压腔连通、以及第一增压腔和回油箱连通；
所述先导阀具有左位工作状态和右位工作状态；所述先导阀的左位工作状态用于使液压泵站和换向阀的左位控制油口连通、以及换向阀的右位控制油口和回油箱连通；所述先导阀的右位工作状态用于使换向阀的左位控制油口和回油箱连通、以及液压泵站的油口和换向阀的右位控制油口连通；
所述第一逻辑阀包括第一进油口、第一出油口和第三控制油口；第一出油口连接至先导阀的左位控制油口，第一控制油口连接至第一增压腔；在第二活塞运动至第二活塞的左侧极限位时，第一进油口连接至第二增压腔，其余状态下连接至第一增压腔；
所述第二逻辑阀包括第二进油口、第二出油口和第二控制油口；第二出油口连接至先导阀的右位控制油口，第二控制油口连接至第二增压腔；在第二活塞运动至第二活塞右侧极限位时，第二进油口连接至第一增压腔，其余状态下连接至第二增压腔；其中，第一活塞位于第二活塞的左侧。
上述技术方案的有益效果为：本发明通过液控换向阀控制双作用增压油缸的运动方向，通过先导阀给液控换向阀提供先导油使液控换向阀换向，通过逻辑阀给先导阀提供控制油使先导阀换向，通过纯液压控制便可使双作用增压缸自动换向，实现以较小的装置持续输出高压油，在盾构机栽头后提供足够的动力使盾构机抬头，保证盾构机的可靠工作。该装置无需电气控制，在施工现场方便实现。
进一步的，为了输出连续可调的高压油，所述纠偏系统还包括减压阀，设置在液压泵站的油口所连接的油路上。
进一步的，为了调节进油流量以控制高压油缸的推进速度，所述纠偏系统还包括调速阀，设置在液压泵站的油口所连接的油路上。
进一步的，为了防止高压油缸中的油回流，所述纠偏系统还包括第一单向阀，设置在第一高压腔和高压油缸之间的油路上，以使高压油仅能从第一高压腔进入到高压油缸。
进一步的，为了防止高压油缸中的油回流，所述纠偏系统还包括第四单向阀，设置在第二高压腔和高压油缸之间的油路上，以使高压油仅能从第四高压腔进入到高压油缸。
进一步的，为了防止第一高压腔吸空，所述纠偏系统还包括第二单向阀，设置在第一高压腔和第一增压腔之间的油路上，以使液压油仅能从第一增压腔进入到第一高压腔。
进一步的，为了防止第二高压腔吸空，所述纠偏系统还包括第三单向阀，设置在第二高压腔和第二增压腔之间的油路上，以使液压油仅能从第二增压腔进入到第二高压腔。
进一步的，所述换向阀为二位四通阀。
进一步的，所述先导阀为二位四通阀。
本发明还提供了一种盾构机，包括盾构机本体和上述介绍的盾构机姿态纠偏系统，所述盾构机本体包括液压泵站，并能够达到与盾构机姿态纠偏系统相同的技术效果。
附图说明
图1是本发明的盾构机姿态纠偏系统的结构图；
其中，1-液压泵站，2-减压阀，3-调速阀，4-液控换向阀，5-先导阀，6.1-第一逻辑阀，6.2-第二逻辑阀，7-双作用增压油缸，8.1-第一单向阀，8.2-第二单向阀，8.3-第一单向阀，8.4-第四单向阀，9-高压油缸，18.1-第一活塞，18.2-第二活塞，18.3-第三活塞。
具体实施方式
本发明的整体构思为：通过双作用增压油缸配合一些液压控制阀，实现低压油源输出高压油，输出的高压油连接至放置在盾构机底部的高压油缸，以提高盾构机底部的推力，从而改变盾构机的掘进姿态。基于此，本发明提供了一种盾构机和一种盾构机姿态纠偏系统，下面结合附图及实施例进行详细说明。
盾构机实施例：
本发明的一种盾构机实施例，包括盾构机本体和盾构机纠偏系统，盾构机本体包括液压泵站1，盾构机纠偏系统的结构如图1所示，包括减压阀2、调速阀3、液控换向阀4、先导阀5、第一逻辑阀6.1、第二逻辑阀6.2、双作用增压油缸7、第一单向阀8.1、第二单向阀8.2、第三单向阀8.3、第四单向阀8.4和高压油缸9。
双作用增压油缸7包括缸体、以及滑动装配于缸体内的第一活塞18.1、第二活塞18.2和第三活塞18.3，缸体与第一活塞18.1之间、第一活塞18.1与第二活塞18.2之间、第二活塞18.2与第三活塞18.3之间、第三活塞18.3与缸体之间分别形成第一高压腔J腔、第一增压腔K腔、第二增压腔L腔和第二高压腔M腔，且第一活塞和第二活塞通过第一连杆相连，第二活塞和第三活塞通过第二连杆相连。第一活塞具有第一施力面，用于向第一高压腔J腔中的液压油施加压力；第二活塞具有第一受力面和第二受力面，分别用于被第一增压腔K腔、第二增压腔L腔中的液压油施加压力；第三活塞具有第二施力面，用于向第二高压腔M腔中的液压油施加压力；第一受力面的面积大于第二施力面的面积，第二受力面的面积大于第一施力面的面积。而且，第一高压腔J腔通过第一单向阀8.1连接至高压油缸9的HP口，第二高压腔M腔通过第四单向阀8.4连接至高压油缸9的HP口；第一增压腔K腔通过双作用增压油缸的D1口经第二单向阀8.2以及双作用增压油缸的C1口连接至第一高压腔J腔，使得液压油仅能从第一增压腔K腔进入到第一高压腔J腔；第二增压腔L腔通过双作用增压油缸的D2口井第三单向阀8.3以及双作用增压油缸的C2口连接至第二高压腔M腔，使得液压油仅能从第二增压腔L腔进入到第二高压腔M腔。第一高压腔J腔还通过双作用增压油缸7的HP1口经第一单向阀8.1连接至高压油缸9，第二高压腔M腔还通过双作用增压油缸7的HP2口经第四单向阀8.4连接至高压油缸9。
液控换向阀4包括四个油口，分别为P1口、A1口、B1口和T1口。液控换向阀4具有两种工作状态，第一种为P1口和A1口连通、且B1口和T1口连通的左位工作状态，实现了液压泵站的油口P口依次经过减压阀2、调速阀3后与第一增压腔K腔连通，以及第二增压腔L腔与回油箱R箱连通；第二种为P1口和B1口连通、且A1口和T1口连通的右位工作状态，实现了液压泵站的油口P口依次经过减压阀2、调速阀3后与第二增压腔L腔连通、以及第一增压腔K腔与回油箱R箱连通。
先导阀5包括四个油口，分别为P2口、A2口、B2口和T2口。先导阀5具有两种工作状态，第一种为P1口和A2口连通、且B2和T2口连通的左位工作状态，实现了液压泵站的油口P口依次经过减压阀2、调速阀3后与液控换向阀4的左位控制油口连通，以及液控换向阀4的右位控制油口与回油箱R箱连通；第二种为A2口和T2口连通、且P2口和B2口连通的右位工作状态，实现了液控换向阀4的左位控制油口与回油箱R箱连通、以及液压泵站的油口P口依次经过减压阀2、调速阀3后与液控换向阀4的右位控制油口连通。
第一逻辑阀6.1包括三个油口，分别为第一进油口、第一出油口和第三控制油口，第一出油口连接至先导阀5的左位控制油口，第一控制油口通过双作用增压油缸的Y1口连接至第一增压腔K腔；在第二活塞运动至其左侧极限位时，第一进油口通过增压油缸的X1口连接至第二增压腔L腔，其余状态下通过增压油缸的X1口连接至第一增压腔K腔。X1口和Y1口位于双作用增压油缸的不同位置，图1中第二活塞的状态为这里的介绍的“其余状态”。
第二逻辑阀6.2包括三个油口，分别为第二进油口、第二出油口和第二控制油口，第二出油口连接至先导阀5的右位控制油口，第二控制油口通过双作用增压油缸的Y2口连接至第二增压腔L腔；在第二活塞运动至右侧极限位时，第二进油口通过增压油缸的X2口连接至第一增压强K腔，其余状态下通过增压油缸的X1口连接至第二增压腔L腔。图1中第二活塞的状态为这里的介绍的“其余状态”。而且，液压泵站的油口P口连接的油路上设置的减压阀2可以实现输出高压连续可调，调速阀3可以通过调节调速阀3油口的大小来调节进油流量，从而控制高压油缸的推进速度。高压油缸放置在盾构机本体的底部，以提高盾构机底部的推力，从而改变盾构机的掘进姿态。
上述介绍的盾构机纠偏系统的工作过程为：
液压泵站1的低压油由P口引入，液控换向阀4和先导阀5均左位工作，低压油通过减压阀2减压、调速阀3调速后经液控换向阀4进入到双作用增压油缸7的Y1口，推动双作用增压油缸7的三个活塞向右运动；当双作用增压油缸7的第二活塞运动到最右侧时，X2口连接第一增压强K腔，通高压油，X2口的高压油引到第二逻辑阀6.2的左侧(第二逻辑阀6.2的进油口)，Y2口连接至第二增压腔L腔，通低压油，Y2口的低压油引到第二逻辑阀6.2的右侧(第二逻辑阀6.2的控制油口)，第二逻辑阀6.2左侧力大于右侧力，第二逻辑阀6.2左位工作；X2口液压油通过第二逻辑阀6.2引到先导阀5的右侧(先导阀5的右位控制油口)，先导阀5换向右位工作；先导油通过先导阀5引到液控换向阀4的右侧，液控换向阀4换向右位工作，P口的液压油通过液控换向阀4的右位引到双作用增压油缸7的Y2口，推动双作用增压油缸7的三个活塞向左运动；当双作用增压油缸7的第二活塞运动到最左侧时，X1口连接至第二增压腔L腔，通高压油，X1口的高压油引到第一逻辑阀6.1的右侧(第一逻辑阀6.1的进油口)，Y1口连接至第一增压腔K腔，通低压油，Y1口的低压油引到第一逻辑阀6.1的左侧(逻辑阀6.1的控制油口)，第一逻辑阀6.1右侧力大于左侧力，第一逻辑阀6.1右位工作；X1口液压油通过第一逻辑阀6.1引到先导阀5的左侧(先导阀5的左位控制油口)，先导阀5换向左位工作；先导油通过先导阀5引到液控换向阀4的左侧，液控换向阀4换向左位工作，P口的液压油又通过液控换向阀4的左位引到双作用增压油缸7的Y1口。照此循环下去，双作用增压油缸7不停地改变运动方向，持续的输出高压油，高压油由HP口输入到高压油缸9。
而且，当双作用增压油缸7中的活塞向右侧运动时，第二高压腔M腔的高压油通过HP2口经第四单向阀8.4到达高压输出油口HP，第一单向阀8.1可以阻止高压油进入到双作用增压油缸7的第一高压腔J腔，第一增压腔K腔的液压油可通过D1口经第二单向阀8.2及C1口进入到双向增压油缸7的第一高压腔J腔，防止双作用增压油缸7的第一高压腔J腔吸空；第三单向阀8.3可阻止高压油经C2口进入到双作用增压油缸7的第二增压腔；同理，当双作用增压油缸7中的活塞向左侧运动时，第一高压腔J腔的高压油通过HP1口经第一单向阀8.1到达高压输出油口HP，第四单向阀8.4可以阻止高压油进入到双作用增压油缸7的第二高压腔M腔，第二增压L腔的液压油可通过D2口经第三单向阀8.3及C2口进入到双作用增压油缸7的第二高压腔M腔，防止双作用增压油缸7的第二高压腔M腔吸空，第二单向阀8.2可阻止高压油经C1口进入到双作用增压油缸7的第一增压腔K腔。
本发明通过液控换向阀控制双作用增压油缸的运动方向，通过先导阀给液控换向阀提供先导油使液控换向阀换向，通过逻辑阀给先导阀提供控制油使先导阀换向，无需电气控制，通过纯液压控制便可使双作用增压缸自动换向，实现以较小的装置持续输出高压油，在施工现场方便实现。
纠偏系统实施例：
本发明的一种盾构机姿态纠偏系统实施例，具体内容同盾构机实施例中介绍的一种盾构机姿态纠偏系统，其结构如图1所示。由于在盾构机实施例中对该盾构机姿态纠偏系统已做详细介绍，这里不再赘述。

Claims (10)

1.一种盾构机姿态纠偏系统，其特征在于，包括高压油缸、增压油缸、第一逻辑阀、第二逻辑阀、先导阀、换向阀和回油箱；
所述增压油缸包括缸体、以及滑动装配于缸体内的第一活塞、第二活塞和第三活塞，缸体与第一活塞之间、第一活塞与第二活塞之间、第二活塞与第三活塞之间、第三活塞与缸体之间分别形成第一高压腔、第一增压腔、第二增压腔和第二高压腔；且第一活塞和第二活塞通过第一连杆相连，第二活塞和第三活塞通过第二连杆相连；第一活塞具有第一施力面，用于向第一高压腔中的液压油施加压力；第二活塞具有第一受力面和第二受力面，分别用于被第一增压腔、第二增压腔中的液压油施加压力；第三活塞具有第二施力面，用于向第二高压腔中的液压油施加压力；第一受力面的面积大于第二施力面的面积，第二受力面的面积大于第一施力面的面积；第一高压腔、第二高压腔均连接高压油缸的进油口；
所述换向阀具有左位工作状态和右位工作状态；所述换向阀的左位工作状态用于使液压泵站和第一增压腔连通、以及第二增压腔和回油箱连通；右位工作状态用于使液压泵站和第二增压腔连通、以及第一增压腔和回油箱连通；
所述先导阀具有左位工作状态和右位工作状态；所述先导阀的左位工作状态用于使液压泵站和换向阀的左位控制油口连通、以及换向阀的右位控制油口和回油箱连通；所述先导阀的右位工作状态用于使换向阀的左位控制油口和回油箱连通、以及液压泵站的油口和换向阀的右位控制油口连通；
所述第一逻辑阀包括第一进油口、第一出油口和第三控制油口；第一出油口连接至先导阀的左位控制油口，第一控制油口连接至第一增压腔；在第二活塞运动至第二活塞的左侧极限位时，第一进油口连接至第二增压腔，其余状态下连接至第一增压腔；
所述第二逻辑阀包括第二进油口、第二出油口和第二控制油口；第二出油口连接至先导阀的右位控制油口，第二控制油口连接至第二增压腔；在第二活塞运动至第二活塞右侧极限位时，第二进油口连接至第一增压腔，其余状态下连接至第二增压腔；其中，第一活塞位于第二活塞的左侧。
2.根据权利要求1所述的盾构机姿态纠偏系统，其特征在于，所述纠偏系统还包括减压阀，设置在液压泵站的油口所连接的油路上。
3.根据权利要求1所述的盾构机姿态纠偏系统，其特征在于，所述纠偏系统还包括调速阀，设置在液压泵站的油口所连接的油路上。
4.根据权利要求1所述的盾构机姿态纠偏系统，其特征在于，所述纠偏系统还包括第一单向阀，设置在第一高压腔和高压油缸之间的油路上，以使高压油仅能从第一高压腔进入到高压油缸。
5.根据权利要求1所述的盾构机姿态纠偏系统，其特征在于，所述纠偏系统还包括第四单向阀，设置在第二高压腔和高压油缸之间的油路上，以使高压油仅能从第四高压腔进入到高压油缸。
6.根据权利要求1所述的盾构机姿态纠偏系统，其特征在于，所述纠偏系统还包括第二单向阀，设置在第一高压腔和第一增压腔之间的油路上，以使液压油仅能从第一增压腔进入到第一高压腔。
7.根据权利要求1所述的盾构机姿态纠偏系统，其特征在于，所述纠偏系统还包括第三单向阀，设置在第二高压腔和第二增压腔之间的油路上，以使液压油仅能从第二增压腔进入到第二高压腔。
8.根据权利要求1～7任一项所述的盾构机姿态纠偏系统，其特征在于，所述换向阀为二位四通阀。
9.根据权利要求1～7任一项所述的盾构机姿态纠偏系统，其特征在于，所述先导阀为二位四通阀。
10.一种盾构机，其特征在于，包括盾构机本体和如权利要求1～9任一项所述的盾构机姿态纠偏系统，所述盾构机本体包括液压泵站。
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