盾构机刀盘驱动液压系统设计

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1、万方数据74液压与气动2009年第4期盾构机刀盘驱动液压系统设计谢群1，杨佳庆2，高伟贤3DesignofCutterHeadHydraulicSystemfortheEarthPressureBalanceShieldMachineXIEQunl，YANGJia—qin92，GAOWei-xian’(1．沈阳理工大学，辽宁沈阳110168；2．沈阳机床集团有限责任公司，辽宁沈阳110142；3．沈阳重型机械集团有限责任公司盾构分公司，辽宁沈阳110025)摘要：该文针对盾构机刀盘驱动系统的工作要求，设计了一种刀盘驱动液压系统，系统为变量泵-变量马达闭式回路，采用电液比例技术实现刀盘双向

2、旋转和无级调速。系统在满足要求的前提下具有效率高、节能的特点。关键词：盾构机；刀盘驱动；液压系统；比例控制中图分类号：THl37文献标识码：B文章编号：1000-4858(2009)04-0074-03引言盾构机是专用于地下隧道工程挖掘的技术密集型重大工程装备。盾构法以其施工安全可靠、机械化程度高、工作环境好、进度快等优点广泛用于隧道施工中，尤其是在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构¨一。盾构机刀盘驱动系统是盾构设备的关键部件之一，是进行掘进作业的主要工作装置。盾构的刀盘工作转速不高，但由于刀盘直径较大而且施工地质构造复杂，要求刀盘驱动系统具有功率大、输出转矩大、输出

3、转速变化范围宽、抗冲击、刀盘双向旋转和脱困等功能，同时，在满足使用要求的条件下，具有减小装机功率、节能降耗等工作特点。刀盘驱动系统还必须具有高可靠性和良好的操作性。为了适应复杂多变的地质条件，刀盘驱动系统可采用液压驱动、变频电机驱动和双速电机驱动3种形式。通常大直径隧道掘进机要求的转速高，宜选择电驱动(变频电机驱动和双速电机驱动)，以获得良好的特性曲线。中、小直径的软土隧道掘进机通常要求速度较低，扭矩较大，宜选用液压驱动。本文针对以上盾收稿日期：2009旬1-16作者简介：谢群(1965一)，女，辽宁沈阳人，副教授，硕士，主要从事流体传动与控制方面的科研和教学工作。大冲击值小于公称压力的

4、115％，其各项性能指标优于MT419—1995规定的标准，已广泛地应用在拥有电液控系统的液压支架上。5结束语一、二级护帮联动双向锁经过了试制、实验、实际测量，各项性能指标均达到国家煤炭行业支架用阀MT419—95的标准，并且在使用寿命和关闭压力方面已远高于该标准，有力的说明该阀稳定性好，技术含量高。不足之处是加工工艺要求比较严格。但其阀芯采用组件插装式结构，可以整体从阀体中卸出，维修方便，密封副采用带骨架的特种橡胶，密封可靠，使用寿命长。有机地把交替阀和双向锁这两种不同功能的阀组合到一起，既节约了材料，也减少了加工成本，还节约了安装空间，减少了连接软胶管的数量，优化了液压系统。该阀是在

5、解决实际问题中首次开发出来，在国内外煤炭系统中首次使用，具有很好的市场开发优势和推广应用价值。参考文献：[1]雷天觉．液压工程手册[M]．北京：机械工业出版社，1990．[2]王国法．液压支架技术[M]．北京：煤炭工业出版社，1999．[3]路甬祥．液压气动技术手册[M]．北京：机械-r_业／／l版社，2002．万方数据2009年第4期液压与气动75构机刀盘驱动系统的工作要求，设计了用于中、小型盾构机的刀盘驱动液压系统。1刀盘驱动液压系统工作原理刀盘驱动液压系统采用变量泵．变量马达闭式容积调速回路，系统主泵采用两台用于闭式回路的斜盘式双向比例变量柱塞泵，主泵同时集成了补油泵、闭式回路控制

6、回路和主泵变量控制回路。系统的马达采用一台轴向柱塞变量马达，变量液压马达通过变速箱与小齿轮驱动主轴承大齿轮，带动刀盘产生旋转切削运动。驱动装置可以实现双向旋转，转速可以在0～9．8r／rain范围内无级可调，还可实现刀盘脱困功能。1．1刀盘转速控制和旋转方向控制主泵的变量形式为电液比例变量，如图1所示，泵的输出流量可以根据输入比例电磁阀电信号的大小实现无级可调，从而满足刀盘旋转速度的变化要求。电液比例控制的结构比较复杂，但可控性能好，可组成不同形式的反馈。刀盘驱动系统主泵的变量机构采用调节器设定泵的流量从而调节马达的转速，通过马达转速传感器反馈刀盘马达实际转速，如果与给定信号产生偏差，利

7、用偏差信号改变泵的排量使刀盘马达转速与设定值相同。刀盘正向旋转时，比例电磁铁a通电，比例换向阀左位工作，液压泵正向输出油液，伺服缸右J蛏压力推动伺服缸活塞左移，活塞杆推动变量机构改1．主泵2．二位三通换向阍3、4．溢流阀5．蓄能器图l主泵工作原理图变柱塞泵的斜盘倾角，改变泵的排量，从而改变液压泵的输出流量。当比例电磁铁a电流增加时，比例换向阀的阀芯与阀体开口增大，通过阀的压力降减小，伺服缸右腔压力增高，活塞继续左移，斜盘倾角增加，主