刀盘驱动的液压系统

号，实现了刀盘启动与制动之间的可靠联锁。
为避免制动油缸中的油压过高引起制动弹簧的失
效，需设置减压阀进行调节与保护。
参考文献 １ Ａｕｔｈｏｒｓ． 比例阀与伺服阀技术． 香港：力士乐 （ 中国） 有限
公司，１９９３． ２ 尹旅超等． 日本隧道盾构新技术． 武汉：华中理工大学出版
社，１９９９． ３ 曾慎聪等． 机械化盾构隧道掘进． 杭州：浙江大学出版社，
４．１ 组合密封
液压冲击器冲击活塞的密封在国内外主要是采用
组合密封形式。组合密封考虑制造和实际密封的效
果，在实际中主密封采用两种形式，如图 ４ 所示，辅
助密封一般采用 Ｏ 型密封圈和矩形密封圈。滑环形组
合密封的接触应力分布比较均匀，而阶梯形组合密封
的压力梯度很大，有
利于高压状态下进行
密封。经试验表明，
构工作在第一象限，
当其处于右位工作
时，泵的变量机构工
作在第二象限，实现
了驱动泵压油口与吸
油口的互换，从而改 变了刀盘的旋转方
图 ４ 刀盘转向的控制
向。
３ 刀盘制动的控制
在刀盘液压马达驱动装置上设置制动机构可实现
刀盘的制动。该制动机构由制动片、制动鼓与单作用
液压缸组成。
从图 ５ 可以看出，二位电磁换向阀控制制动油缸
２００２．□ （ 收 稿 日 期：２ ０ ０ ５ － １ １ － １ ８ ）
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Mining & Processing Equipment
Hydraulic System for Driving the Cutter Head in the Simulative Test-Bed of Tunnel Boring Machine...................HE YuLian(30-31) The simulative test-bed of tunnel boring machine could be used for making the functional simulation to each working unit of TBM, and makes inspection and debugging to the control system of TBM. The hydraulic system of the test-bed is not only the power to drive each working unit, but the main control object of the control system. It also briefly introduces the design scheme and the working principle of the hydra ulic system for driving the cutter head.【Descriptors】 Cutter head Hydraulic system Rotary velocity Steering Brake
的工作状态。当其右位工作时，制动油缸处于卸荷状
态，此时靠弹簧恢
复力的作用，将制
动蹄片压紧在制动
鼓上，刀盘处于制
动状态；当其左位 工作时，压力油通
采
过减压阀进入制动
油缸，使制动器松
图 ５ 刀盘制动的控制
掘
开，刀盘处于自由
状态。
刀盘制动器是一种常闭式制动器，即在停机与掉
电时，刀盘总是处于制动状态，具有很高的可靠性。
（４） 为了增大冲击能量，适当增加活塞的质量会 有一定的效果。但不能过重，否则将会降低冲击次 数，从而减少输出能量；
（５） 密封形式多采用阶梯形组合密封和三段式密 封。
参考文献 １ 王维华等． 国外液压凿岩机． 北京：煤炭工业出版社，１９８７． ２ 安顺波． 现代矿山机械设备安装调试规范操作、维护保养及
变化。
２ 刀盘旋转方向的控制
刀盘旋转方向的改变由刀盘驱动马达供回油方向
的改变来实现，而刀盘驱动马达供回油方向的改变需
由主驱动泵进出油口的切换来实现。
如图 ４ 所示，模拟试验台中采用的主驱动泵为一
双向变量泵，改变泵的变量机构的工作象限可实现泵
的进出油口的切换。
操作三位四通电磁换
向阀，当其处于左位
工作时，泵的变量机
５ 结论
综上所述，液压凿岩机在进行活塞的结构设计时 应着重考虑：
（１） 在结构允许的情况下，尽量采用细长活塞而 不用粗短活塞；
（２） 断面变化应尽量减少，必须变化的断面部位 应有一个圆滑的过渡区，以减少由于应力波的反射所 引起的能量损失；
（３） 活塞冲击端的直径应尽量与钎尾直径一致， 使冲击波能够从冲击锤平稳地传递到钎杆上；
压力低的一组适用于正常工况。
以上三种调速方式具有紧密的内在联系。开环控
制式的无级调速是在高低挡有级调速的前提下实现
的，即分别在高挡范围内或低挡范围内实现无级调
速。闭环控制功率限定调速是在高低挡有级调速与开
环控制无级调速的前提下实现的，当负载压力反馈值
超过功率限定压力时，由前两种调速方式所决定的刀
盘转速会减小，泵的出口压力与流量之间呈反方向的
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采 掘
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（上接第 ２９ 页） 密封不好，不仅会降低液压冲击器的 效率，而且也会增加液压油的消耗和影响正常的使用 及维护。液压冲击器密封形式的设计主要是针对冲击 活塞的密封和活塞前后腔密封，主要有以下几种。
常见故障排除实用手册． 北京：中国矿业大学出版社，２００５． □
（ 收稿日期：２ ０ ０ ６ － ０ ２ － ２ ７ ）
Mining & Processing Equipment
盾构机模拟试验台中的刀盘驱动液压系统
第 ３４ 卷 ２００６ 年第 ５ 期
转速会增加。先导控制油压 的大小由减压阀调定，当控 制油压为 ７０ ＭＰａ 左右时， 马达排量为最大排量的 ５０％ 左右，此时马达排量减小， 刀盘转速提高，可模拟高速 小扭矩工况即硬岩掘进的工 况。先导控制油压与马达排 量之间的关系为线性反比例 图 １ 马达变量控制模块 关系。
在实现制动的过程中，压力油必须经过１ｍｍ 的
阻尼孔流回油箱，使制动器刹车片延时抱闸，实现缓
冲制动，避免制动冲击；同时制动回路蓄能器的能量
释放将进一步延长制动时间，提高缓冲效果。
在解除制动时，由于制动回路的节流阀和蓄能器
的联合作用，可使松开制动的过程平稳。
在制动解除后，制动控制油路的压力将升高，使
制动压力继电器动作，为主驱动系统加载提供触发信
由上可见，马达只能获得大小两种排量，因而刀 盘也只能获得高低两挡转速，这就是所谓的有级调 速。
１．２ 第二种速度控制方式 （开环式无级调速）
在掘进过程中要求刀盘转速实时连续可调，这种
无级调速的过程是通过调节泵的排量来实现的。从图
２ 可以看出，当转动控制面板上的电位器旋钮时，与
远程电磁比例溢流阀相
关联的先导控制油路的
系统由 １ 台 Ａ４ＶＧ２５０ 双向变量泵及 ２ 台 Ａ６ＶＭ － ５００ 变量马达组成，要求实现刀盘的转速控制、旋
作者简介：何於琏，男，１９４６ 年生，１９７０ 年毕业于南京理工 大学机械专业，高级工程师，中铁隧道股份公司制造公司副经 理，国家 ８６３ 计划《盾构掘进机刀盘－刀具与液压驱动系统关键 技术研究及其应用》课题的主要参研人员。
高压下密封的泄漏几
乎为零，滑环组合密
封的泄漏值远大于阶
梯形组合，因而在冲
击器中多采用阶梯形 组合密封。
图 ４ 阶梯形和滑环形组合密封
４．２ 三段式密封
即间隙 — 低压回油 槽 — 密封圈，其结构示 意图如图 ５ 所示。 这种 结构形式的特点是将高压 转变为低压泄漏能量。
紧密配合的间隙密 封是高压密封的主要手 段，当间隙密封的长度为 １０ ｍｍ 时，泄出油的压力 约降低 ５０％ ；密封长度 为 ２０ ｍｍ 时，压力约降
第 ３４ 卷 ２００６ 年第 ５ 期
盾构机模拟试验台中的刀盘驱动液压系统
论文编号：１００１－３９５４（２００６）０５－００３０－３１
盾构机模拟试验台中的刀盘
驱动液压系统
何於琏
中铁隧道股份公司制造公司 河南洛阳 ４７１００９
盾构机模拟试验台既可用于各种工作装置的功 能模拟，又可用于控制系统的逻辑关系模 拟，其中的液压系统为各种工作装置提供动力，同时 又是控制系统的主要控制对象。模拟试验台中的液压 系统由刀盘驱动系统、推进系统及模拟加载系统组 成，以下就刀盘驱动液压系统的设计方案与工作原理 作出简单介绍。
压力随之变化，从而改
变变量泵推力和斜盘的
角度，实现变量泵排量
的调节。由于电位器可
由人工进行连续调节， 因此这种调速是开环式
图 ２ 驱动泵排量控制模块
的无级调速。
１．３ 第三种速度控制方式 （闭环式无级调速）
在图 ３ 中，闭环控制功率限定调速是通过功率限
制器来实现的。主驱
动系统的负载压力
（泵的出口压力） 反馈
转方向控制与制动控制，满足不同地层对掘进工况的 不同要求。
１ 刀盘转速的控制
刀盘的调速可采取有级调速＋无级调速的复合控 制方式。有级调速由刀盘驱动变量马达实现，无级调 速由刀盘驱动变量泵实现。
１．１ 第一种速度控制方式 （有级调速）
如图 １ 所示，通过电磁换向阀的切换，可使刀盘 驱动马达变量机构的先导控制油路分别工作在卸荷与 带压状态。当处于卸荷状态时，马达排量最大，刀盘 低速旋转，可模拟低速大扭矩工况即软岩掘进的工 况。当处于带压状态时，马达的排量会减小，刀盘的
Loaders & Haulers Design and Study to the Wireless Transmit-and-Receive Sensor for the Locomotive Number in the Signal Centralized and Locked System.......................................................CHEN Jian et al.(44-46) The paper offers the design scheme of the wireless transmit-and-receive sensor for the locomotive number by applying decode chip PT2262/2272, the transmit-and-receive module TX315A and the single-chip processor AT89C2051 . To transmit signal intermittently is realized and shared channel interference is solved perfectly, which has been applied to the practical production.【Descriptors】 Wireless transmit-and-receive Sensor for the locomotive number Signal centralized and locked system PID Control to Electromagnetic Vibration Feeder......................... ...................................................................WAN Wen et al.(55-56) The paper studies the electromagnetic vibration feeder controlled by the microcontroller composed by single-chip processor. The solidflow meter is used for measuring feeding flux. According to the systemic characteristic, it also designs the PID controller to realize the automatic feeding closed-loop control system.【Descriptors】 Electromagnetic vibration feeder PID control Single-chip processor Pulse Width Modulation (PWM) Velocity-Regulating System of the Storage Battery Electric Locomotive Controlled by 87c196mc Single-Chip Processor............................SHI XiaoYan et al.(57-58) The paper introduces the DC PDM velocity-regulating system of the storage battery electric locomotive composed of 87c196mc processor and the Intelligent Power Module (IPM). Photoelectric coder serves as the velocity-detecting sensor and PI digital controlling, PWD signal as control output to regulate velocity. It also offers the design for the hardware and software of the system.【Descriptors】 87c196mc DC velocity-regulating IPM Analysis to the Back Swing Motion of the Backhoe Bucket Rod of Hydraulic Excavator and the Resolvent...............HUA Jing(63-64) The paper discusses the instability of the back swing motion of the backhoe bucket rod, the pausing cause while it moves to upright and corresponding resolvent, thus the halting time could be shortened as much as possible. 【Descriptors】 Hydraulic excavator Back swing motion of the backhoe bucket rod Load Throttle Backing pressure Analysis to the Welding Deformation of the Carcase of Hinged Truck Used in Coal Mine and the Control Measures...................... ..........................................................................MA JianMin(67-68) By analysis to the welding deformation of the rear carcase of WC8 self-dumping anti-explosion truck with rubber tire, the paper combines the deformation theory of welding stress to indicate the structural and technical factors that affect the welding deformation of carcase, and provides the method to control the welding deformation and the preventive measures.【Descriptors】 Self-dumping truck with rubber tire Rear carcase Welding deformation Control measure
１． 密封圈 ２． 回油槽 ３． 间隙密 封 ４． 缸体 ５． 活塞 Ａ ─回 程进油口 Ｂ ─冲程进油口
图 ５ 活塞轴向密封结构
低 ９０％。经过间隙密封后少量泄漏的高压油又经低压 回油槽流走，因而第三段的密封圈所承受的就是低压 回油槽的压力，所以很容易实现密封。密封圈的形式 很多，但 ＹＸ 型的效果较好。选用优质耐磨的材料， 可提高密封圈的使用寿命。此外，提高活塞表面的光 洁度也是重要措施。这种三段式的密封结构对高压油 的密封有很好效果。
到功率限制器，当反
馈压力高于功率限定
压力时，变量泵先导
控制油压会降低，从
而使泵的流量减小，
刀盘的转速降低，将 泵的输出功率限定在
图 ３ 功率超限与压力超限保护
设定值，实现功率超限保护。
在实现功率超限保护的同时，还应注意压力超限
的保护，为此设置两组调定值大小不同的安全阀，通
过手动换向阀切换。压力高的一组适用于脱困工况，