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《中国地质大学》 2011年
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3ZJB-B3型液压注浆泵自动换向控制系统研究

王丹  
【摘要】:注浆泵是将浆液沿管道输送到注浆位置的工程机械,是多种工程施工的重要配套设备。泵出的高压浆液可以隔绝水源,加固建筑机体,封堵裂缝等。它广泛应用于煤矿、桥梁、隧道、水力等工程。尤其是近些年随着城市建设的快速发展,各大城市建设热潮也由原来的地上逐渐发展为地下,开发,利用地下空间资源。其中盾构施工隧道越来越彰显其重要地位。由于盾构机的壳体较大,而拼装在盾尾处的管片外径较小,因此施工中管片衬砌隧洞时,两者之间就有一环很大的空隙,需要同步注浆及时有效的充填盾尾建筑空隙,控制地面沉降,降低对周边地层结构的扰动,对提高盾构隧道施工过程中的稳定性具有十分重要的作用。因此,盾构同步注浆是盾构机施工过程当中必要的重要环节。 论文设计的盾构注浆泵,其泵送主回路和吸排阀回路中各自的换向阀换向动作由对方回路的液压油控制,形成液动顺序互控,使主缸和两阀缸先后顺序动作,主缸不断往复运动,实现系统全液压自动换向控制,完成浆液的吸排和注浆。该液压系统采用非机械式行程控制方式,保证主缸有效的工作行程;采用工作腔油口直接作为部分阀元件的油源,使阀元件直接参与主缸工作,能够及时准确地判断工作缸工况,保证系统换向精确,提高工作效率。 本文对比研究了几种常见的注浆泵液压自动换向系统,对当前应用较广的s管阀式换向系统进行了简要说明,分析了它们各自的优缺点,讨论了3ZJB-B3型注浆泵液压自动换向系统的实现机理。该3ZJB-B3型注浆泵没有沿用分配阀的换向系统模式,设计两组浆缸各自独立工作,互相不制约,各自能独立完成吸排浆液的泵送过程,根据工程量大小和工况随时进行参数调整,从而极大的提高注浆施工的灵活性和适用性。应用Solidworks三维设计软件建立了3ZJB-B3型注浆泵的实体模型,直观表达机体的结构组成。采用Solidworks设计软件对液压集成块进行三维实体设计,建立主控集成块和协动集成块的实物装配体模型。集成块设计使液压系统更加简捷,结构更加紧凑,安装和调试也更为灵活。依据要实现的功能原理,分析设计了3ZJB-B3型注浆泵的液压自动换向系统,进行系统方案的确定,液压元件的选择,和相关参数的计算。对浆液的流动特性和负载特性做了研究,推导了注浆泵送压力和流量公式,分析了同步注浆的注入压力和注入流量两个重要技术参数的影响因素。建立液压自动换向系统数学模型,依据实际工况进行参数设置,对3ZJB-B3型注浆泵液压自动换向系统进行仿真分析,得到位移,流量,压力等仿真曲线。仿真曲线表明,仿真结果比较理想,符合预期的工作要求。详细讨论了现场样机调试的具体实施过程,以及遇到一些实际问题的解决办法,对于以后调试同类新产品有借鉴作用。 3ZJB-B3型注浆泵液压换向控制系统原理简单,机构简单,控制准确,自动化程度高,可靠性好。系统多采用的是定型元件,有助于新产品的应用和推广,便于批量生产。液压自动换向系统采用“油路自动控制”取代“单纯的阀控制”方式,是技术和方法创新。3ZJB-B3型注浆泵液压自动换向系统的成功研发对同类产品的设计开发有重要的参考价值,拓宽了自动换向机构的实现方法。同时证明了虚拟仿真技术对新产品的研发和测试是确实可行的有效手段。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U455.3

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