一种用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统的制作方法

1.本发明涉及盾构技术领域，具体涉及一种用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统。


背景技术：

2.盾构机是应用于隧道施工的大型机械设备，通过掘进开挖出隧洞，再通过拼装机将管片拼装在隧洞内壁，形成支护，现有的盾构机大多包括盾体、拼装机、推进油缸等部件，如图1和图2所示，拼装机可沿盾体轴线移动地设置在盾体内，用于夹取待拼装管片并运送至拼装区域，当管片运送到位后，通过锁紧管片连接螺栓，即可完成管片拼装作业。
3.在实际作业时，常规盾构机的掘进动作和管片拼装动作是两个串联的动作，不能同时进行，导致施工效率较低；也有部分盾构机开发了边推进边拼装的方案，但这类方案大多着眼于同步拼装时对盾构机姿态的稳定控制，并未关注到管片连接螺栓的安装，以至于在安装管片连接螺栓时，拼装机常常处于跟随盾构机向前推进的状态，需要拼装机操作手通过拼装机遥控器调整拼装机的实际位置，使拼装机和已拼装成环的管片相对位置不变；但人工定位的精度差，极易出现拼装机向前或向后移动过量的现象，需要在前后方向上反复移动进行调整，施工效率低，同时，由于拼装机夹取的管片具有一定重量，惯性较大，反复移动存在较高的安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，该液压系统能够实现掘进动作与管片拼装动作的同步进行，并提升施工效率及安全性。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，包括：电磁球阀、比例流量阀、第一单向阀、第二单向阀和调速阀；
6.所述电磁球阀的进口与同步拼装高压油路相连，所述电磁球阀的出口与所述比例流量阀的进口相连，所述比例流量阀的出口通过所述第一单向阀与拼装机平移油缸的无杆腔油口相连；所述调速阀的进口与所述拼装机平移油缸的有杆腔油口相连，所述调速阀的出口通过所述第二单向阀与液压油箱相连；
7.所述比例流量阀能够接受控制中心根据盾构机的行进速度换算出的指令信号，并依据所述指令信号调节阀芯开口度，改变进入所述无杆腔油口的油液流量，使所述拼装机平移油缸的移动速度与盾构机的行进速度相匹配，实现平移补偿。
8.优选地，所述液压系统还包括连接常规拼装高压油路与所述拼装机平移油缸的多路阀组，所述多路阀组用于接收拼装机遥控器的控制信号，驱使所述拼装机平移油缸动作；所述电磁球阀与所述拼装机遥控器联锁，在任意时刻，这两者有且仅有一者能够控制所述拼装机平移油缸动作。
9.进一步优选地，所述液压系统还包括连接在所述多路阀组与所述拼装机平移油缸
之间的平衡阀组，在盾构机停止掘进时，所述平衡阀组能够平衡所述拼装机平移油缸的有杆腔和无杆腔内的油压。
10.优选地，所述第二单向阀为液控单向阀，所述第二单向阀的控制管路与所述电磁球阀的出口相连。
11.优选地，所述电磁球阀与所述同步拼装高压油路之间还设有手动球阀、高压过滤器、减压阀，所述手动球阀、所述高压过滤器、所述减压阀沿液压油流向依次设置，所述减压阀的泄油口与所述液压油箱相连。
12.优选地，所述电磁球阀具有与所述液压油箱相连的回油口。
13.优选地，所述液压系统还包括第一溢流阀、第二溢流阀和第三溢流阀，所述第一溢流阀的进口与所述比例流量阀的出口相连，所述第二溢流阀连接在所述第二单向阀与所述液压油箱之间，所述第三溢流阀与所述第二溢流阀并联，所述第一溢流阀和所述第二溢流阀均为比例溢流阀。
14.进一步优选地，所述液压系统还包括压力传感器和压力表，所述压力传感器包括旁接在所述电磁球阀与所述比例流量阀之间的第一压力传感器、旁接在所述第一单向阀与所述无杆腔油口之间的第二压力传感器、旁接在所述调速阀与所述有杆腔油口之间的第三压力传感器，所述压力表包括旁接在所述电磁球阀与所述比例流量阀之间的第一压力表、旁接在所述比例流量阀与所述第一单向阀之间的第二压力表、旁接在所述第一单向阀与所述无杆腔油口之间的第三压力表、旁接在所述调速阀与所述有杆腔油口之间的第四压力表、旁接在所述第二单向阀与所述第二溢流阀之间的第五压力表。
15.进一步优选地，所述压力传感器与所述控制中心相连。
16.进一步优选地，所述拼装机平移油缸内置有行程传感器，所述行程传感器用于实时检测所述拼装机平移油缸的动作行程并将其传递给所述控制中心，以便对所述指令信号进行校正。
17.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有以下优点：
18.本发明提供的用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，包括电磁球阀、比例流量阀、第一和第二单向阀、调速阀；通过使电磁球阀进口与同步拼装高压油路相连，使其出口与比例流量阀进口相连，使比例流量阀出口通过第一单向阀与拼装机平移油缸无杆腔油口相连；使调速阀进口与拼装机平移油缸有杆腔油口相连，使其出口通过第二单向阀与液压油箱相连；使比例流量阀接受控制中心根据盾构机行进速度换算出的指令信号，能够依据指令信号调节阀芯开口度、改变进入无杆腔油口的油液流量，使拼装机平移油缸的移动速度与盾构机行进速度相匹配，实现平移补偿，该液压系统能够实现掘进动作与管片拼装动作的同步进行，在安装管片连接螺栓时，无需人工反复定位，施工效率高、安全性好。
附图说明
19.图1是现有盾构机的结构示意图。
20.图2是图1中拼装机处的结构示意图。
21.图3是本发明优选实施例的结构示意图。
22.其中：1.盾体；2.拼装机；3.推进油缸；4.已成环管片；5.待拼装管片；6.提升油缸；7.平移油缸；8.k块油缸；10.电磁球阀；11.比例流量阀；12.第一单向阀；13.第二单向阀；
14.调速阀；15.拼装机平移油缸；16.无杆腔油口；17.有杆腔油口；18.液压油箱；19.多路阀组；20.平衡阀组；21.手动球阀；22.高压过滤器；23.减压阀；24.回油口；25.第一溢流阀；26.第二溢流阀；27.第三溢流阀；28.第一压力传感器；29.第二压力传感器；30.第三压力传感器；31.第一压力表；32.第二压力表；33.第三压力表；34.第四压力表；35.第五压力表；36.同步拼装高压油路；37.常规拼装高压油路。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
24.如图3所示，本发明提供的用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，包括：电磁球阀10、比例流量阀11、第一单向阀12、第二单向阀13和调速阀14；其中，电磁球阀10的进口与同步拼装高压油路36相连，电磁球阀10的出口与比例流量阀11的进口相连，比例流量阀11的出口通过第一单向阀12与拼装机平移油缸15的无杆腔油口16相连；调速阀14的进口与拼装机平移油缸15的有杆腔油口17相连，调速阀14的出口通过第二单向阀13与液压油箱18相连；比例流量阀11能够接受控制中心(图中未示出)根据盾构机行进速度换算出的指令信号，并依据指令信号调节阀芯开口度，改变进入无杆腔油口16的油液流量，使拼装机平移油缸15的移动速度与盾构机的行进速度相匹配(大小相等、方向相反)，实现平移补偿；使得该液压系统能够实现掘进动作与管片拼装动作的同步进行，在安装管片连接螺栓时，无需人工反复定位，施工效率高、安全性好。
25.在本实施例中，该液压系统还包括连接常规拼装高压油路37与拼装机平移油缸15的多路阀组19，多路阀组19用于接收拼装机遥控器(图中未示出)的控制信号，驱使拼装机平移油缸15动作；电磁球阀10与拼装机遥控器联锁，该联锁是指，在任意时刻，这两者有且仅有一者能够控制拼装机平移油缸15动作。
26.这样设置的好处在于，在进行管片连接螺栓对位时，只需通过拼装机遥控器使管片逐渐接近即可，轻微的错位可通过螺栓孔与连接螺栓之间的尺寸冗余中和，无需前后反复移动，并且，在操作人员不控制拼装机遥控器，去查看待拼装管片与连接螺栓之间的位置差值时，电磁球阀10能够立即动作，使待拼装管片与连接螺栓的相对位置不变，方便查看。
27.在实际盾构过程中，隧洞并不是一直平直的，在上下方向上有时也存在坡度，在这类地形处时，盾构机往往需要频繁停机进行方向校正，此时，拼装机平移油缸15容易因有杆腔和无杆腔内的油压差出现自发动作，为避免这种现象，在本实施例中，该液压系统还包括连接在多路阀组19与拼装机平移油缸15之间的平衡阀组20，在盾构机停止掘进时，平衡阀组20能够平衡拼装机平移油缸15有杆腔和无杆腔内的油压。
28.在本实施例中，第一单向阀12可防止盾构机因坡度导致的拼装机平移油缸15自动缩回；调速阀14用于限制回油流量，防止常规拼装高压油路37的大流量回油损坏该液压系统的电磁球阀10侧；第二单向阀13为液控单向阀，第二单向阀13的控制管路与电磁球阀10的出口相连，用于防止误动作，确保只有在电磁球阀10打开时，该液压系统才能正常工作。
29.在本实施例中，电磁球阀10与同步拼装高压油路36之间还设有手动球阀21、高压过滤器22、减压阀23，手动球阀21、高压过滤器22、减压阀23沿液压油流向依次设置，手动球阀21用于实现该液压系统电磁球阀10侧的打开或关闭作业，高压过滤器22确保油液清洁
度，减压阀23的泄油口与液压油箱18相连，减压阀23用于防止高压油液对该液压系统电磁球阀10侧产生冲击；为实现对电磁球阀10的保护，进一步地，电磁球阀10具有与液压油箱18相连的回油口24。
30.由于拼装机遥控器控制拼装机平移油缸15动作时需要具有一定速度，以兼顾吊运及对位效率，而电磁球阀10控制拼装机平移油缸15动作时基本处于蠕动状态，使得常规拼装高压油路37的油压要远高于同步拼装高压油路36的油压(通常高3至4倍)，这样一来，在拼装机遥控器不动作时，拼装机平移油缸15有杆腔和无杆腔内的高压油液容易对该液压系统电磁球阀10侧产生反向冲击，为消除这种冲击，在本实施例中，该液压系统还包括第一溢流阀25、第二溢流阀26和第三溢流阀27，第一溢流阀25的进口与比例流量阀11的出口相连，第二溢流阀26连接在第二单向阀13与液压油箱18之间，第三溢流阀27与第二溢流阀26并联；为限制该液压系统电磁球阀10侧的最高运作压力，并为该液压系统提供回油背压，防止因坡度导致拼装机平移油缸15自动伸出，进一步地，第一溢流阀25和第二溢流阀26均为比例溢流阀。
31.为方便地实现油液压力监测，在本实施例中，该液压系统还包括压力传感器和压力表，压力传感器包括旁接在电磁球阀10与比例流量阀11之间的第一压力传感器28、旁接在第一单向阀12与无杆腔油口16之间的第二压力传感器29、旁接在调速阀14与有杆腔油口17之间的第三压力传感器30，压力表包括旁接在电磁球阀10与比例流量阀11之间的第一压力表31、旁接在比例流量阀11与第一单向阀12之间的第二压力表32、旁接在第一单向阀12与无杆腔油口16之间的第三压力表33、旁接在调速阀14与有杆腔油口17之间的第四压力表34、旁接在第二单向阀13与第二溢流阀26之间的第五压力表35。
32.为方便控制中心对发出的指令信号进行修正，在本实施例中，所有压力传感器与控制中心相连，以便向控制中心传递压力监测值，进一步地，拼装机平移油缸15内置有行程传感器37，行程传感器37用于实时检测拼装机平移油缸15的动作行程并将其传递给控制中心，以便对指令信号进行校正。
33.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，包括：电磁球阀、比例流量阀、第一单向阀、第二单向阀和调速阀；其特征在于：所述电磁球阀的进口与同步拼装高压油路相连，所述电磁球阀的出口与所述比例流量阀的进口相连，所述比例流量阀的出口通过所述第一单向阀与拼装机平移油缸的无杆腔油口相连；所述调速阀的进口与所述拼装机平移油缸的有杆腔油口相连，所述调速阀的出口通过所述第二单向阀与液压油箱相连；所述比例流量阀能够接受控制中心根据盾构机的行进速度换算出的指令信号，并依据所述指令信号调节阀芯开口度，改变进入所述无杆腔油口的油液流量，使所述拼装机平移油缸的移动速度与盾构机的行进速度相匹配，实现平移补偿。2.根据权利要求1所述的用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，其特征在于：所述液压系统还包括连接常规拼装高压油路与所述拼装机平移油缸的多路阀组，所述多路阀组用于接收拼装机遥控器的控制信号，驱使所述拼装机平移油缸动作；所述电磁球阀与所述拼装机遥控器联锁，在任意时刻，这两者有且仅有一者能够控制所述拼装机平移油缸动作。3.根据权利要求2所述的用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，其特征在于：所述液压系统还包括连接在所述多路阀组与所述拼装机平移油缸之间的平衡阀组，在盾构机停止掘进时，所述平衡阀组能够平衡所述拼装机平移油缸的有杆腔和无杆腔内的油压。4.根据权利要求1所述的用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，其特征在于：所述第二单向阀为液控单向阀，所述第二单向阀的控制管路与所述电磁球阀的出口相连。5.根据权利要求1所述的用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，其特征在于：所述电磁球阀与所述同步拼装高压油路之间还设有手动球阀、高压过滤器、减压阀，所述手动球阀、所述高压过滤器、所述减压阀沿液压油流向依次设置，所述减压阀的泄油口与所述液压油箱相连。6.根据权利要求1所述的用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，其特征在于：所述电磁球阀具有与所述液压油箱相连的回油口。7.根据权利要求1所述的用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，其特征在于：所述液压系统还包括第一溢流阀、第二溢流阀和第三溢流阀，所述第一溢流阀的进口与所述比例流量阀的出口相连，所述第二溢流阀连接在所述第二单向阀与所述液压油箱之间，所述第三溢流阀与所述第二溢流阀并联，所述第一溢流阀和所述第二溢流阀均为比例溢流阀。8.根据权利要求7所述的用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，其特征在于：所述液压系统还包括压力传感器和压力表，所述压力传感器包括旁接在所述电磁球阀与所述比例流量阀之间的第一压力传感器、旁接在所述第一单向阀与所述无杆腔油口之间的第二压力传感器、旁接在所述调速阀与所述有杆腔油口之间的第三压力传感器，所述压力表包括旁接在所述电磁球阀与所述比例流量阀之间的第一压力表、旁接在所述比例流量阀与所述第一单向阀之间的第二压力表、旁接在所述第一单向阀与所述无杆腔油口之间的第三压力表、旁接在所述调速阀与所述有杆腔油口之间的第四压力表、旁接在所述第二单向阀与所述第二溢流阀之间的第五压力表。9.根据权利要求8所述的用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，其特征在于：
所述压力传感器与所述控制中心相连。10.根据权利要求1至9中任意一项所述的用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，其特征在于：所述拼装机平移油缸内置有行程传感器，所述行程传感器用于实时检测所述拼装机平移油缸的动作行程并将其传递给所述控制中心，以便对所述指令信号进行校正。

技术总结
本发明提供的用于盾构机管片同步拼装平移补偿的液压系统，包括电磁球阀、比例流量阀、第一和第二单向阀、调速阀；通过使电磁球阀进口与同步拼装高压油路相连，使其出口与比例流量阀进口相连，使比例流量阀出口通过第一单向阀与拼装机平移油缸无杆腔油口相连；使调速阀进口与拼装机平移油缸有杆腔油口相连，使其出口通过第二单向阀与液压油箱相连；使比例流量阀接受控制中心根据盾构机行进速度换算出的指令信号，能够依据指令信号调节阀芯开口度、改变进入无杆腔油口的油液流量，使拼装机平移油缸的移动速度与盾构机行进速度相匹配，实现平移补偿；该液压系统能够实现掘进动作与管片拼装动作的同步，无需人工反复定位，施工效率高、安全性好。安全性好。安全性好。


技术研发人员：吴雁斌 王禹澄 田园国 刘清国 任立学 文迁 郑云午
受保护的技术使用者：中交天和机械设备制造有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/24