一种主动式盾构机伸缩摆动系统技术方案

本发明专利技术涉及一种主动式盾构机伸缩摆动系统，包括刀盘、刀盘驱动模块、球轴承、反扭子系统、伸缩摆动子系统、铰盘。刀盘尾部连接在刀盘驱动模块内；刀盘驱动模块为活动结构；球轴承内圈固定在刀盘驱动模块，外圈与盾构体固定连接；反扭子系统内四支扭矩油缸一端固定在刀盘驱动模块一角，另一端固定在盾构体，内部液压控制部件置于盾构体后部，通过液压管路与扭矩油缸连接；伸缩摆动子系统包括六支伸缩摆动油缸，固定在刀盘驱动模块和铰盘之间，内部液压控制部件置于盾构体后部，通过液压管路与伸缩摆动油缸连接；铰盘与盾构体固定连接。该主动式盾构机伸缩摆动系统用于刀盘换刀和盾构体脱困，可有效提高盾构施工效率与安全性。

An Active Shield Machine Expansion and Swing System

【技术实现步骤摘要】
一种主动式盾构机伸缩摆动系统
本专利技术涉及一种流体压力执行系统，具体地是涉及一种主动式盾构机伸缩摆动系统。
技术介绍
21世纪以来我国城市轨道交通建设迅猛发展，众多一、二线城市重视地铁隧道建设，其中盾构扮演着重要的角色。目前，盾构正朝着全面机械化、自动化、智能化方向发展，并应用于大深度、长距离、特殊断面、特殊形态的苛刻工况。严峻的使用工况对盾构的设计与制造提出了更严苛的要求。在长距离掘进过程中，盾构刀具随着挖掘距离的增加而不断磨损，直到损伤失效。我国地质复杂，土层密度多变、硬度特性不均，导致盾构体受困情况时有发生。因此，一种能够辅助盾构刀盘换刀和盾构体脱困的系统对盾构机在严苛工况下的推广使用具有极为重要的工程意义。针对上述问题，中国国家知识产权局公告了公布号为CN109184715A的一种盾构机刀盘伸缩装置，伸缩驱动装置沿刀盘圆周分布，直接作用刀盘驱动部和刀盘，能够伸缩和倾斜刀盘驱动部，控制刀盘前进姿态。上述文献公开的刀盘伸缩装置通过伸缩刀盘驱动部，能在刀盘前方和周边形成一定的操作空间，给换刀提供便利。但刀盘受到工作面施加的反扭矩直接传递给伸缩驱动装置，这对伸缩驱动装置的可靠性提出更高的挑战。公布号为CN106761799A的一种双护盾TBM扭矩梁装置，提出扭矩油缸概念，但仅适用于TBM且没有阐述液压系统工作原理。国内尚无专利阐述盾构机反扭油缸液压工作原理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对盾构可能遇到的刀具磨损和盾构体卡滞情况，提出一种主动式盾构机伸缩摆动系统，利用反扭子系统将刀盘驱动模块的反扭矩传递到盾构体，避免刀盘驱动模块在刀盘转动时相对盾构体转动；利用伸缩摆动子系统控制刀盘驱动模块、刀盘的伸缩摆动和角度调整，为换刀工作提供空间，降低换刀难度，同时在受困的情况下实现盾构体脱困。为实现上述目的，本专利技术所提供一种主动式盾构机伸缩摆动系统，包括刀盘、刀盘驱动模块、球轴承、反扭子系统、伸缩摆动子系统、铰盘；刀盘尾部固定于刀盘驱动模块内；刀盘驱动模块为活动结构；球轴承内圈固定于刀盘驱动模块，外圈固定于盾构体；伸缩摆动子系统内六支伸缩摆动油缸固定在刀盘驱动模块和铰盘之间，伸缩摆动子系统的内液压控制部件置于盾构体后部，通过液压管路与伸缩摆动油缸连接；铰盘与盾构体固定连接；反扭子系统内四支扭矩油缸一端固定于刀盘驱动模块的一角，另一端呈球型固定在盾构体，可在盾构体连接处滑动，内部液压控制部件置于盾构体后部，通过液压管路与扭矩油缸连接。反扭子系统包括固定阻尼、第一溢流阀、第一可调阻尼、第一二位二通换向阀、第二二位二通换向阀、第二溢流阀、第二可调阻尼、第一二位三通换向阀、第二二位三通换向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第一扭矩油缸、第一位移传感器、第二扭矩油缸、第二位移传感器、第三扭矩油缸、第三位移传感器、第四扭矩油缸和第四位移传感器；固定阻尼的进油口a1与供油口P连通，出油口b1与第一溢流阀的进油口p2、第一二位三通换向阀的进油口a8、第二二位三通换向阀的进油口a9连通；第一溢流阀的出油口t2与回油口T连通；第一可调阻尼的进油口a3与供油口P连通，出油口b3与第一二位二通换向阀的进油口p4连通；第一二位二通换向阀的出油口t4与第二二位二通换向阀的进油口p5、第二溢流阀的进油口p6、第一二位三通换向阀的进油口c8、第二二位三通换向阀的进油口c9连通；第二二位二通换向阀的出油口t5与第二可调阻尼的进油口a7连通；第二溢流阀的出油口t6与回油口T连通；第二可调阻尼的出油口b7与回油口T连通；第一二位三通换向阀的出油口b8与第一压力传感器、第一扭矩油缸的无杆腔、第四扭矩油缸的无杆腔连通；第二二位三通换向阀的出油口b9与第二压力传感器、第二扭矩油缸的无杆腔、第三扭矩油缸的无杆腔连通；第一扭矩油缸的有杆腔与回油口T连通，配有第一位移传感器；第二扭矩油缸的有杆腔与回油口T连通，配有第二位移传感器；第三扭矩油缸的有杆腔与回油口T连通，配有第三位移传感器；第四扭矩油缸的有杆腔与回油口T连通，配有第四位移传感器。进一步地，反扭子系统在初始工况时，反扭子系统内第一二位二通换向阀、第二二位二通换向阀、第一二位三通换向阀、第二二位三通换向阀不得电；供油口P处压力经由固定阻尼调至5bar；第一二位三通换向阀的进油口a8与出油口b8导通，第二二位三通换向阀的进油口a9与出油口b9导通；四支扭矩油缸无杆腔内压力为5bar，有杆腔连通回油口T，四支扭矩油缸处于被动状态，扭矩油缸活塞杆伸出与盾构体相接触；反扭子系统在工作工况时，刀盘旋转切削岩土层并受到工作面的反作用力，该反作用力传递到刀盘驱动模块形成反扭矩信号；刀盘顺时针方向转动，而刀盘驱动模块趋向于在盾构体内逆时针旋转，第二二位三通换向阀得电，第二二位三通换向阀的进油口c9与出油口b9导通，第二扭矩油缸和第三扭矩油缸处于激活状态，第一扭矩油缸和第四扭矩油缸处于被动状态；若第一扭矩油缸和第四扭矩油缸的位移传感器显示行程比第二扭矩油缸和第三扭矩油缸大，第一二位二通换向阀得电，第一二位二通换向阀的进油口p4和出油口t4导通，供油口P高压油经过第一可调阻尼调定直达第二扭矩油缸和第三扭矩油缸的无杆腔，第二扭矩油缸和第三扭矩油缸无杆腔油液压力大于第一扭矩油缸和第四扭矩油缸无杆腔油液压力，从而形成顺时针反扭力矩，且反扭力矩形成速度由第一可调阻尼控制；若第一扭矩油缸和第四扭矩油缸的位移传感器显示行程比第二扭矩油缸和第三扭矩油缸小，第二二位二通换向阀得电，第二二位二通换向阀的进油口p5和出油口t5导通，第二扭矩油缸和第三扭矩油缸的无杆腔油液经过第二可调阻尼调定直达回油口，第二扭矩油缸和第三扭矩油缸油液压力逐渐降低，刀盘驱动模块逆时针回正，且回正速度由第二可调阻尼控制。刀盘逆时针方向转动，而刀盘驱动模块趋向于在盾构体内顺时针旋转，第一二位三通换向阀得电，第一二位三通换向阀的进油口c8与出油口b8导通，第一扭矩油缸和第四扭矩油缸处于激活状态，第二扭矩油缸和第三扭矩油缸处于被动状态；根据被动状态油缸、激活状态油缸的位移传感器信号差对激活状态油缸进行与刀盘顺时针转动时相同的液压调节。进一步地，伸缩摆动子系统包括安全回路、第一组伸缩油缸控制回路、第二组伸缩油缸控制回路、第三组伸缩油缸控制回路，三组伸缩油缸控制回路相同且能被单独控制；安全回路包括第三溢流阀、第三二位二通换向阀；第一组伸缩油缸控制回路包括三位四通换向阀、第一单向节流阀、第二单向节流阀、第四溢流阀、第五溢流阀、第三压力传感器、第四压力传感器、第一组伸缩摆动油缸和第五位移传感器；第三溢流阀的进油口P1与供油口P连通，第三溢流阀的出油口T1与回油口T连通；第三二位二通换向阀的进油口P2与供油口P连通，第三二位二通换向阀的出油口T2与回油口T连通；三位四通换向阀的进油口P3与供油口P连通，三位四通换向阀的回油口T3与回油口T连通，三位四通换向阀的出油口A3与第一单向节流阀的进油口A4连通，三位四通换向阀的出油口B3与第二单向节流阀的进油口A5连通；第一单向节流阀的出油口B4与第四溢流阀的进油口P6、第三压力传感器、第一组伸缩摆动油缸的无杆腔连通；第二单向节流阀的出油口B5与第五溢流阀的进油口P7、第四压力传感器、第一组伸缩摆动油缸的有杆腔连通；第四溢流阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动式盾构机伸缩摆动系统，其特征在于：包括刀盘(1)、刀盘驱动模块(2)、球轴承(3)、反扭子系统(4)、伸缩摆动子系统(5)、铰盘(6)和盾构体；所述刀盘(1)尾部固定于刀盘驱动模块(2)内；所述刀盘驱动模块(2)为活动结构；所述球轴承(3)内圈固定于刀盘驱动模块(2)，外圈固定于盾构体；所述伸缩摆动子系统(5)内六支伸缩摆动油缸固定在刀盘驱动模块(2)和铰盘(6)之间，伸缩摆动子系统(5)内液压控制部件置于盾构体后部，通过液压管路与伸缩摆动油缸连接；所述铰盘(6)与盾构体固定连接；所述反扭子系统(4)内四支扭矩油缸一端固定于刀盘驱动模块(2)的一角，另一端呈球型固定在盾构体；内部液压控制部件置于盾构体后部，通过液压管路与扭矩油缸连接。所述反扭子系统(4)包括固定阻尼(41)、第一溢流阀(42)、第一可调阻尼(43)、第一二位二通换向阀(44)、第二二位二通换向阀(45)、第二溢流阀(46)、第二可调阻尼(47)、第一二位三通换向阀(48)、第二二位三通换向阀(49)、第一压力传感器(410)、第二压力传感器(411)、第一扭矩油缸(401)、第一位移传感器(405)、第二扭矩油缸(402)、第二位移传感器(406)、第三扭矩油缸(403)、第三位移传感器(407)、第四扭矩油缸(404)和第四位移传感器(408)；所述固定阻尼(41)的进油口a1与供油口P连通，出油口b1与第一溢流阀(42)的进油口p2、第一二位三通换向阀(48)的进油口a8、第二二位三通换向阀(49)的进油口a9连通；所述第一溢流阀(42)的出油口t2与回油口T连通；所述第一可调阻尼(43)的进油口a3与供油口P连通，出油口b3与第一二位二通换向阀(44)的进油口p4连通；所述第一二位二通换向阀(44)的出油口t4与第二二位二通换向阀(45)的进油口p5、第二溢流阀(46)的进油口p6、第一二位三通换向阀(48)的进油口c8、第二二位三通换向阀(49)的进油口c9连通；所述第二二位二通换向阀(45)的出油口t5与第二可调阻尼(47)的进油口a7连通；所述第二溢流阀(46)的出油口t6与回油口T连通；所述第二可调阻尼(47)的出油口b7与回油口T连通；所述第一二位三通换向阀(48)的出油口b8与第一压力传感器(410)、第一扭矩油缸(401)的无杆腔、第四扭矩油缸(404)的无杆腔连通；所述第二二位三通换向阀(49)的出油口b9与第二压力传感器(411)、第二扭矩油缸(402)的无杆腔、第三扭矩油缸(403)的无杆腔连通；所述第一扭矩油缸(401)的有杆腔与回油口T连通，配有第一位移传感器(405)；所述第二扭矩油缸(402)的有杆腔与回油口T连通，配有第二位移传感器(406)；所述第三扭矩油缸(403)的有杆腔与回油口T连通，配有第三位移传感器(407)；所述第四扭矩油缸(404)的有杆腔与回油口T连通，配有第四位移传感器(408)。...

【技术特征摘要】
1.一种主动式盾构机伸缩摆动系统，其特征在于：包括刀盘(1)、刀盘驱动模块(2)、球轴承(3)、反扭子系统(4)、伸缩摆动子系统(5)、铰盘(6)和盾构体；所述刀盘(1)尾部固定于刀盘驱动模块(2)内；所述刀盘驱动模块(2)为活动结构；所述球轴承(3)内圈固定于刀盘驱动模块(2)，外圈固定于盾构体；所述伸缩摆动子系统(5)内六支伸缩摆动油缸固定在刀盘驱动模块(2)和铰盘(6)之间，伸缩摆动子系统(5)内液压控制部件置于盾构体后部，通过液压管路与伸缩摆动油缸连接；所述铰盘(6)与盾构体固定连接；所述反扭子系统(4)内四支扭矩油缸一端固定于刀盘驱动模块(2)的一角，另一端呈球型固定在盾构体；内部液压控制部件置于盾构体后部，通过液压管路与扭矩油缸连接。所述反扭子系统(4)包括固定阻尼(41)、第一溢流阀(42)、第一可调阻尼(43)、第一二位二通换向阀(44)、第二二位二通换向阀(45)、第二溢流阀(46)、第二可调阻尼(47)、第一二位三通换向阀(48)、第二二位三通换向阀(49)、第一压力传感器(410)、第二压力传感器(411)、第一扭矩油缸(401)、第一位移传感器(405)、第二扭矩油缸(402)、第二位移传感器(406)、第三扭矩油缸(403)、第三位移传感器(407)、第四扭矩油缸(404)和第四位移传感器(408)；所述固定阻尼(41)的进油口a1与供油口P连通，出油口b1与第一溢流阀(42)的进油口p2、第一二位三通换向阀(48)的进油口a8、第二二位三通换向阀(49)的进油口a9连通；所述第一溢流阀(42)的出油口t2与回油口T连通；所述第一可调阻尼(43)的进油口a3与供油口P连通，出油口b3与第一二位二通换向阀(44)的进油口p4连通；所述第一二位二通换向阀(44)的出油口t4与第二二位二通换向阀(45)的进油口p5、第二溢流阀(46)的进油口p6、第一二位三通换向阀(48)的进油口c8、第二二位三通换向阀(49)的进油口c9连通；所述第二二位二通换向阀(45)的出油口t5与第二可调阻尼(47)的进油口a7连通；所述第二溢流阀(46)的出油口t6与回油口T连通；所述第二可调阻尼(47)的出油口b7与回油口T连通；所述第一二位三通换向阀(48)的出油口b8与第一压力传感器(410)、第一扭矩油缸(401)的无杆腔、第四扭矩油缸(404)的无杆腔连通；所述第二二位三通换向阀(49)的出油口b9与第二压力传感器(411)、第二扭矩油缸(402)的无杆腔、第三扭矩油缸(403)的无杆腔连通；所述第一扭矩油缸(401)的有杆腔与回油口T连通，配有第一位移传感器(405)；所述第二扭矩油缸(402)的有杆腔与回油口T连通，配有第二位移传感器(406)；所述第三扭矩油缸(403)的有杆腔与回油口T连通，配有第三位移传感器(407)；所述第四扭矩油缸(404)的有杆腔与回油口T连通，配有第四位移传感器(408)。2.根据权利要求1所述的一种主动式盾构机伸缩摆动系统，其特征在于：所述反扭子系统(4)在初始工况时，反扭子系统(4)内第一二位二通换向阀(44)、第二二位二通换向阀(45)、第一二位三通换向阀(48)、第二二位三通换向阀(49)不得电；供油口P处压力经由固定阻尼(41)调至5bar；第一二位三通换向阀(48)的进油口a8与出油口b8导通，第二二位三通换向阀(49)的进油口a9与出油口b9导通；四支扭矩油缸无杆腔内压力为5bar，有杆腔连通回油口T，四支扭矩油缸处于被动状态，扭矩油缸活塞杆伸出与盾构体相接触；所述反扭子系统(4)在工作工况时，刀盘(1)旋转切削岩土层并受到工作面的反作用力，该反作用力传递到刀盘驱动模块(2)形成反扭矩信号；刀盘(1)顺时针方向转动，而刀盘驱动模块(2)趋向于在盾构体内逆时针旋转，第二二位三通换向阀(49)得电，第二二位三通换向阀(49)的进油口c9与出油口b9导通，第二扭矩油缸(402)和第三扭矩油缸(403)处于激活状态，第一扭矩油缸(401)和第四扭矩油缸(404)处于被动状态；若第一扭矩油缸(401)和第四扭矩油缸(404)的位移传感器显示行程比第二扭矩油缸(402)和第三扭矩油缸(403)大，第一二位二通换向阀(44)得电，第一二位二通换向阀(44)的进油口p4和出油口t4导通，供油口P高压油经过第一可调阻尼(43)调定直达第二扭矩油缸(402)和第三扭矩油缸(403)的无杆腔，第二扭矩油缸(402)和第三扭矩油缸(403)无...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏建华，张杭军，胡惠兵，冯瑞琳，吴凯瑞，熊磊，戴天文，郭豪，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33