[发明专利]混合驱动的盾构隧道掘进机

说明书

技术领域

本发明属于隧道掘进机械设备领域，具体涉及一种混合驱动的盾构隧道掘进机。

背景技术

盾构掘进机(护盾式隧道掘进机)是集机械、电气、液压、测量、控制等多学科技术于一体的、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型超大工程装备。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。

刀盘是盾构隧道掘进机的重要组成部分，是进行掘进作业的主要工作装置。虽然盾构刀盘的工作转速不高，但由于地质构造复杂、刀盘作业直径较大，要求刀盘的驱动系统需具备：大功率、大转矩输出、抗冲击且转速双向连续可调，在满足使用要求的前提下减小装机功率、节能降耗等。

目前盾构刀盘的驱动方式主要有液压驱动和电机驱动两大类。液压驱动起动力矩大，但是工作效率较低，发热量大，使隧道内温度较高；电机驱动，为了满足盾构掘进机的大功率要求，电动机的体积需要很大，这使得主驱动电动机在盾构掘进机上合理布置变得较为困难，并且电动机需要处于低速大扭矩工况，受目前电动机输出扭矩的制约，必须附加减速器实现这一功能，这就使得电机整体的体积进一步增大。除此之外，电机的启停过程响应较慢，需要较长的时间才能完成启动和制动，并且，在出现峰值载荷时，主驱动电动机功率瞬间增大，容易损坏主驱动电机。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种混合驱动的盾构隧道掘进机，通过回收工作装置制动过程的动能，提高能量利用率。

混合驱动的盾构隧道掘进机，包括闸控系统(2)、减速器(3)、盾构刀盘(4)，其特征在于：还包括动势能储运回路与电动机复合驱动系统(24)、控制器(10)及超级电容器组(9)；其中，动势能储运回路与电动机复合驱动系统包括：动势能储运回路(23)、电磁离合器(19)、传动器(20)、主驱动电动机(1)、转速传感器(21)、第Ⅰ变频器(6.1)、双向DC-DC变换器(7)、电流互感器(5)。

所述的动势能储运回路(23)包括电比例四象限液压泵/马达(17)、安全阀(16)、恒压变量液压泵(14)、液压泵驱动电动机(15)、第Ⅱ变频器(6.2)、二位二通电磁阀(13)、蓄能器(11)、压力传感器(12)、位移传感器(18)、油箱(22)；电比例四象限液压泵/马达的第一油口P₁、安全阀的进油口、恒压变量泵的出油口与二位二通电磁阀的A油口连通，二位二通电磁阀的B油口、压力传感器与蓄能器连接，压力传感器的输出信号输入控制器；电比例四象限液压泵/马达的第二油口P₂、安全阀的出油口、恒压变量泵的进油口均与油箱连通，位移传感器与电比例四象限液压泵/马达的变量活塞连接以检测其摆角变化，位移传感器的输出信号x输入控制器，第Ⅱ变频器的输入端和输出端分别与控制器和液压泵驱动电动机连接，液压泵驱动电动机的输出轴与恒压变量液压泵的驱动轴连接，液压泵驱动电动机的控制端、电比例四象限液压泵/马达的摆角控制器、二位二通阀的控制端均与控制器连接。

主驱动电动机的第一、第二输出轴分别与减速器的输入轴和传动器的一端连接，减速器的输出轴与盾构刀盘的驱动轴连接，闸控系统安装在减速器的输入轴上，传动器的另一端与电磁离合器连接，电磁离合器与动势能储运回路中的电比例四象限液压泵/马达的驱动轴连接，第Ⅰ变频器的输入端和输出端分别与控制器与主驱动电动机连接，第Ⅰ变频器的直流母线与双向DC-DC变换器的一端连接，双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组，双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接，转速传感器与主驱动电动机的第二输出轴连接，其输出信号n输入控制器，电流互感器安装在第Ⅰ变频器与主驱动电动机之间，其输出信号i输入控制器；控制器向电比例四象限液压泵/马达、二位二通电磁阀、双向DC-DC变换器、第Ⅰ、第Ⅱ变频器发送控制指令。

所述恒压变量液压泵是机械信号控制的恒压泵或电信号控制的比例恒压泵。

所述蓄能器是单一的液压蓄能器或两个以上的液压蓄能器组。

所述的动势能储运回路是电比例四象限液压泵/马达和恒压变量液压泵组成的二次调节回路，或电比例四象限液压泵/马达和定量液压泵/马达组成的闭式回路。

所述的动势能储运回路与电动机复合驱动系统通过控制主驱动电动机的转速或主驱动电动机的输出扭矩和转角，实现对盾构隧道掘进机的控制。

所述主驱动电动机的第一输出轴与减速器连接或直接与盾构刀盘的驱动轴连接。

与现有技术相比，本发明提供的一种混合驱动的盾构隧道掘进机，具有如下优点与积极效果：