盾構(gòu)推進(jìn)液壓系統(tǒng)閥塊試驗(yàn)臺(tái)

1、盾構(gòu)推進(jìn)液壓系統(tǒng)閥塊試驗(yàn)臺(tái)         08-12-13 15:34:00     作者：胡國良     編輯：studa0714摘 要: 介紹了盾構(gòu)推進(jìn)液壓系統(tǒng)分區(qū)工作原理, 設(shè)計(jì)了推進(jìn)液壓系統(tǒng)閥塊試驗(yàn)臺(tái), 詳細(xì)闡述了其測試原理和測試方法。對(duì)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)中的主要參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算, 并對(duì)其主要元器件進(jìn)行了選型。測試結(jié)果和現(xiàn)場推進(jìn)表明所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)可滿足推進(jìn)液壓系統(tǒng)集成閥塊功能的檢測; 同時(shí)也表明所設(shè)計(jì)的集成閥塊是可靠的, 能成功

2、應(yīng)用于推進(jìn)液壓系統(tǒng)中, 滿足現(xiàn)場盾構(gòu)施工的要求。關(guān)鍵詞: 盾構(gòu) 推進(jìn)液壓系統(tǒng) 集成閥塊 試驗(yàn)臺(tái)       盾構(gòu)機(jī)是集多學(xué)科技術(shù)于一體的專用于地下隧道開挖的大型工程裝備。它具有開挖速度快、質(zhì)量高、人員勞動(dòng)強(qiáng)度小、安全性高、對(duì)地表沉降和環(huán)境影響小等特點(diǎn),與傳統(tǒng)的鉆爆法隧道施工相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)1、2。      推進(jìn)系統(tǒng)承擔(dān)著整個(gè)盾構(gòu)機(jī)的頂進(jìn)任務(wù), 要求完成盾構(gòu)機(jī)的轉(zhuǎn)彎、曲線行進(jìn)、姿態(tài)控制、糾偏以及同步運(yùn)動(dòng), 使得盾構(gòu)機(jī)能沿著事先設(shè)定好的路線前進(jìn), 是盾構(gòu)機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)。考慮到盾構(gòu)機(jī)具有功

3、率大、變負(fù)載和動(dòng)力遠(yuǎn)距離傳遞及控制等特點(diǎn), 其推進(jìn)系統(tǒng)都采用液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞、分配及控制3。      由于盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣, 并且工作空間有限, 要求控制系統(tǒng)閥塊均采用集成技術(shù), 并要具有高的可靠性。本文主要對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)閥塊試驗(yàn)臺(tái)的工作原理和設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行介紹, 為推進(jìn)系統(tǒng)閥塊的性能檢測提供一個(gè)測試平臺(tái)。1 推進(jìn)液壓系統(tǒng)閥塊試驗(yàn)臺(tái)原理設(shè)計(jì)      為了對(duì)設(shè)計(jì)的推進(jìn)系統(tǒng)閥塊進(jìn)行性能測試, 根據(jù)閥塊的測試要求設(shè)計(jì)了 1 個(gè)試驗(yàn)臺(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的測試: 1) 閥塊密封

4、性能測試; 2) 比例壓力閥調(diào)壓性能測試; 3) 比例流量閥調(diào)速性能測試; 4) 液控單向閥保壓性能測試; 5) 插裝閥控制測試。      圖 1 為所設(shè)計(jì)的推進(jìn)系統(tǒng)閥塊試驗(yàn)臺(tái)原理圖。圖中序號(hào) 1222 所示為被測試的推進(jìn)系統(tǒng)集成閥塊原理圖。推進(jìn)液壓系統(tǒng)采用帶電比例溢流閥的恒壓變量泵作為動(dòng)力源, 向 4 個(gè)分區(qū)同時(shí)供油, 由于采用了分區(qū)控制, 4 個(gè)分區(qū)只是在盾構(gòu)截面的分布位置不同, 其控制方式和工作原理則完全相同4。如圖所示, 比例溢流閥 14 調(diào)節(jié)液壓缸推進(jìn)壓力, 與壓力傳感器檢測的壓力構(gòu)成壓力閉環(huán)反饋控制, 實(shí)時(shí)控制推進(jìn)壓力; 比例調(diào)速

5、閥 22 調(diào)節(jié)進(jìn)入系統(tǒng)的流量,與安裝在液壓缸內(nèi)的內(nèi)置式位移傳感器檢測到的位移構(gòu)成速度閉環(huán)反饋控制, 實(shí)時(shí)控制推進(jìn)速度。插裝閥 12 和二位三通電磁換向閥 13 可短路比例調(diào)速閥22, 實(shí)現(xiàn)推進(jìn)液壓缸的快速運(yùn)動(dòng), 從而減少液壓油進(jìn)入液壓缸的沿程壓力損失。插裝閥 21 和二位三通電磁換向閥 15 則用來實(shí)現(xiàn)推進(jìn)液壓缸快速回退, 減小液壓油回程阻力。三位四通電磁換向閥 20 用來完成工作狀態(tài)的切換, 可實(shí)現(xiàn)推進(jìn)液壓缸的前進(jìn)、后退和停止?fàn)顟B(tài)。溢流閥 18 用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)過載保護(hù), 推進(jìn)瞬間液壓缸進(jìn)油口會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)過載, 此時(shí)溢流閥 18立即開啟形成短路, 進(jìn)、回油路自循環(huán), 使過載油路得到緩沖。二位二通電

6、磁換向閥 17 用來實(shí)現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)液壓缸卸載檢修, 可減小卸載中的壓力沖擊。二位二通電磁換向閥 17 前的阻尼孔可防止二位二通電磁換向閥 17 卸載時(shí)產(chǎn)生的壓力沖擊。插裝閥 12、21 前的阻尼孔用來調(diào)節(jié)插裝閥的開啟速度, 改變插裝閥的靜動(dòng)態(tài)特性和減小液壓沖擊。阻尼孔直徑根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值一般取 0.82.5 mm。      根據(jù)推進(jìn)系統(tǒng)集成閥塊的工作原理, 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)測試原理及測試方法如下:      首先, 給測試閥塊加壓, 檢驗(yàn)閥塊密封性能,同時(shí)檢驗(yàn)閥塊回路是否暢通。   &

7、#160;    二位四通閥 7 調(diào)置為左位, 三位四通閥 20 置于左位, 比例調(diào)速閥 22 置于最大開口, 節(jié)流閥 11 置于某一開口, 啟動(dòng)液壓泵, 調(diào)節(jié)比例溢流閥 14, 通過壓力表讀數(shù)可以檢驗(yàn)閥塊比例溢流閥調(diào)節(jié)功能是否正常。      二位四通換向閥 7 調(diào)置為左位, 三位四通換向閥 20 置于左位, 比例溢流閥置于最大值, 加載節(jié)流閥 11 置于最大開口, 啟動(dòng)液壓泵, 調(diào)節(jié)比例調(diào)速閥 22, 通過壓力表讀數(shù)可以檢驗(yàn)閥塊比例調(diào)速閥調(diào)節(jié)功能是否正常。    

8、0; 二位四通換向閥 7 調(diào)置為右位, 啟動(dòng)液壓泵,關(guān)閉比例調(diào)速閥 22, 關(guān)閉加載節(jié)流閥 11, 給閥塊加壓到一某值, 關(guān)閉液壓泵, 可以檢測液控單向閥 16和插裝閥 21 的保壓性能。打開加載節(jié)流閥 11, 可以同時(shí)檢測三位四通換向閥 20 的密閉性。調(diào)節(jié)溢流閥18, 可以檢測溢流閥 18 的過載卸荷能力。給二位二通換向閥 17 上電, 檢測是否有壓力沖擊聲音, 從而選擇合適的阻尼孔, 減小壓力沖擊。      二位四通換向閥 7 調(diào)置為左位, 三位四通換向閥 20 置于右位, 比例溢流閥 14 置于最大壓力, 比例調(diào)速閥 22 和加載節(jié)流

9、閥 11 置于某一開口, 啟動(dòng)液壓泵, 給二位三通換向閥 13 和 15 通斷電, 通過壓力表讀數(shù)可以檢驗(yàn)閥塊插裝閥通斷功能是否正常。2 測試系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算      根據(jù)推進(jìn)系統(tǒng)要求, 測試系統(tǒng)壓力應(yīng)大于或等于推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力。推進(jìn)系統(tǒng)最大工作壓力為21.5 MPa, 那么測試系統(tǒng)壓力可取 22 MPa。2.1 系統(tǒng)流量的確定      推 進(jìn) 系 統(tǒng) 執(zhí) 行 元 件 液 壓 缸 的 尺 寸 為200/160×1 900 mm, 系統(tǒng)要求每區(qū)液壓缸回退時(shí)的最大速度 v 為 1.4

10、m/min, 其中下位區(qū)有 10 個(gè)液壓缸, 回退時(shí)所需流量為      上位區(qū)有 6 個(gè)液壓缸, 其回退所需流量為 95L/min, 左、右區(qū)各有 8 個(gè)液壓缸, 其回退所需流量為126.6 L/min。      本測試系統(tǒng)主要對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)集成閥塊壓力控制性能進(jìn)行相關(guān)測試, 流量控制性能可以模擬上位區(qū)即 6 個(gè)推進(jìn)液壓缸流量控制性能研究, 因此系統(tǒng)流量確定為 95 L/min。2.2 主驅(qū)動(dòng)泵的參數(shù)計(jì)算及選型      根據(jù)計(jì)算出的流量和系統(tǒng)壓

11、力選取主驅(qū)動(dòng)液壓泵。選擇時(shí), 泵的額定流量應(yīng)與計(jì)算所需流量相當(dāng),不要超過太多。但泵的額定壓力可以比系統(tǒng)工作壓力高出 25% 或更高些。根據(jù)泵流量公式得出泵的排量為      式中: Vg液壓泵理論排量(mL/r)              q1系統(tǒng)需要流量(L/min), q1=95 L/min          &#

12、160;   n電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min),n =1 500 r/min              v液壓泵容積效率, v=0.9      根據(jù)計(jì)算, 液壓泵選取德國 Rexroth 產(chǎn)品, 型號(hào)為 A10VO71DR。該泵為變量泵, 應(yīng)用于開式系統(tǒng)。其額定壓力為 28 MPa, 峰值壓力為 35 MPa, 理論排量為 71 mL/r, 可滿足系統(tǒng)工作要求。2.3 電機(jī)功率計(jì)算及選型 &#

13、160;    根據(jù)公式得電機(jī)功率為      式中: N所需電機(jī)功率( kW)              qp泵的額定流量(L/min)              Vg泵的排量( mL/r) , Vg=71 mL/r              n電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min),n =1 500 r/min              m泵的機(jī)械效率, m=0.9          &