[发明专利]一种掘进机刀盘电液混合同步均载驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及电液混合驱动系统，尤其涉及了一种掘进机刀盘电液混合同步均载驱动系统。

背景技术

隧道掘进机是一种刀盘由电机或液压马达带动旋转，在液压缸的推进作用下向岩土层顶进，依靠刀盘上的刀具切削破坏岩土层，从而使隧洞全断面一次开挖成形的大型工程机械。相较于传统的钻爆法或盖挖法，隧道掘进机施工法具有快速、优质、安全、环保等施工特点，现已广泛应用于城市地铁、水源引水、交通穿山隧道等建设领域。

刀盘系统是隧道掘进机的关键系统之一，为掘进机刀具破岩提供驱动扭矩，消耗约60％的主机功率。由于变频技术的发展，变频电机凭借其高效便捷的优点，逐步取代了液压马达，但是电机功率密度小，低频脱困驱动能力弱，在地质前勘普遍不够准确的情况下，纯电机驱动的刀盘系统在突遇软岩地质时往往引起刀盘卡死，严重影响施工进度。结合电机和液压马达的优势，研究开发掘进机刀盘电液混合驱动系统，对提高掘进机适应多种地质的能力具有重要意义。

现有掘进机刀盘电液混合驱动系统，如专利CN201210590739.3中采用粘性离合器作为柔性环节协调电机和液压马达的不同机械特性，通过调节粘性离合器变速比，实现了电机和液压马达的差速协同脱困，但关键零部件液黏调速离合器尚未实现产业化，该方案也没有解决电机和马达协调驱动的同步均载问题。目前尚无一种适用于隧道掘进机的刀盘电液混合同步均载驱动系统。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种掘进机刀盘电液混合同步均载驱动系统，刀盘低载工况下通过大通径开关阀短接液压马达，仅由较少的电机驱动；需要脱困时，通过分别采集主变频电机轴的转速和扭矩，结合马达实时排量设定比例变量泵的排量和比例溢流阀的限压，实现电机马达均载驱动；当刀盘仍无法脱困时，增大比例变量马达的排量，蓄能器内储存的高压油协同比例变量泵共同为马达供油。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括普通电机、双向比例变量泵、补油单向阀组、补油限压阀、闭式回路安全阀组、冲洗阀、冲洗限压阀、补油系统和混合驱动组件；普通电机连接双向比例变量泵，由两个单向阀背向安装组成的补油单向阀组、由两个反向并联安装的溢流阀组成的闭式回路安全阀组、冲洗阀的两端油口和混合驱动组件相并联连接在双向比例变量泵的两个油口之间，补油单向阀组中两个单向阀之间的进油口分别与补油系统和补油限压阀的进口连接，补油限压阀出口接油箱，冲洗阀的中间出油口经冲洗限压阀连接油箱。

所述的混合驱动组件包括换向阀、大通径开关阀、双向比例变量马达和隔离开关阀，换向阀并联连接在双向比例变量泵的两个油口之间，大通径开关阀和双向比例变量马达并联连接后经隔离开关阀连接到双向比例变量泵的两个油口之间，换向阀的中间油口分别连接蓄能器和电磁比例溢流阀的入口，电磁比例溢流阀出口接油箱，双向比例变量马达分别与主变频电机、从变频电机连接。

所述的主变频电机的旋转轴上安装有扭矩传感器和转速传感器。

本发明还包括马达调节器、泵排量控制器、压力控制器和信号开关，转速传感器和马达调节器均经泵排量控制器连接双向比例变量泵，扭矩传感器和马达调节器均连接到压力控制器，压力控制器经信号开关连接电磁比例溢流阀。

所述的主变频电机、从变频电机和双向比例变量马达经齿轮齿圈传动系统并联。

所述的主变频电机仅有一个，从变频电机和双向比例变量马达数量根据实际需求不限于一个。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明减少了低载工况下的运行电机数量，提高了电机的负载率，从而提高电机的运行效率；刀盘脱困时，按照连通隔离开关阀，启动普通电机和比例变量泵至稳定，打开换向阀连通蓄能器和电磁比例溢流阀，关闭大通径开关阀的步骤即可快速切换到混合驱动状态。

根据主电机转速、马达排量加上泵的泄露设定比例变量泵的排量，确保了液压马达转速可以同步跟随电机系统，减少了系统溢流损失；结合主电机轴扭矩和马达排量设定比例溢流阀压力可实现电机系统和液压系统的主从均载，使得液压马达与从电机相当；蓄能器可以吸收启动冲击和泵的部分多余流量，并在负载扭矩过大时，一次性反供给排量进一步增大的变量马达，提高刀盘的最大脱困能力，同时降低液压系统装机功率，提高系统效率。

附图说明

图1是本发明的刀盘同步均载电液混合系统。