海瑞克盾构机液压系统说明(附电路图)

一、液压系统元件
1液压泵
液压泵是液压系统的动力元件，按结构可以分为柱塞泵、齿轮泵、叶片泵，按排量可以分为定量泵、变量泵,按输出出口方向又可以分为单向泵、双向泵。

泵都是由电动机或其他原动机带动旋转，通过这种往复的旋转将油不断地输送到管路中，通过各种阀的作用，控制着执行元件的运行。

在大连地铁盾构机中，螺旋输送机使用一个双向变量泵和一个定量泵，推进系统中使用一个大排量的单向变量泵，管片安装机种使用两个单向变量泵，注浆系统中使用一个单向变量泵，辅助系统使用一个单向变量泵.
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a.定量齿轮泵
注：右侧油液进入泵内，齿轮旋转带动油液从左侧出口流出,排量是一定的
2
c.定量叶片泵
注：转子转动，带动叶片推动油液1、2进油，3、4出油，排量一定
d.斜盘式柱塞泵
3
注：斜盘由联轴器带动转动,往复吸油、压油，斜盘角度是可以调控的
2液压阀
液压阀根据作用可以分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。

压力控制阀可以控制液压回路的压力，如当液压回路中压力过大时，溢流阀或卸荷阀打开泄压.
流量控制阀可以控制液压回路中的流量大小,根据流量的不同可以控制执行元件的速度。

方向控制阀主要控制液压回路中液压油的流动方向，由此可以改变液压油缸的伸缩.
各种阀一般安装在靠近泵的油液管路中，相对来说比较集中,便于检查和维修。

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a。

单向阀
注:油液从P1口进入，克服弹簧力推开单向阀的阀芯，经孔隙从p2口流出,油液只能从p1流向p2
5
b。

溢流阀
注：油从压力口进入，通过阻尼孔进入后腔,克服弹簧压力，推开阀芯，油液从溢流口
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c。

液控单向阀
注：x口接压力油时，阀芯将a与b口堵死,当x口接油箱时，若Pa大于Pb,则从a口进油,打开阀芯，流向b口，若Pb大于Pa时，则油液从b口流向a口，
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d.插装阀
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注：控制油路克服弹簧力，接通进出口，该阀一般用于主油路
e。

减压阀注：主要用于控制出口压力
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3液压马达
液压马达属于液压系统的执行元件,与液压泵的工作原理相反,液压泵是将其他形式的能(如电能、风能）转化为液压油的动能，而液压马达是将液压油的动能转化为机械能,从而实现马达的旋转带动执行元件的转动。

盾构机中用到的马达主要是轴向柱塞变量马达，可实现无级调速。

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4液压油缸
液压油缸同样是液压系统中的执行元件,主要有伸出、收回、保持三个状态，一般是中间隔开分为两个工作腔即有杆腔和无杆腔。

最常见的是单活塞杆油缸，两个工作腔交替进行进油、回油来控制活塞杆的状态。

5液压辅助元件及工作介质
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液压回路中除了以上几大部分以外还有很多辅助元件，例如油箱、过滤器、传感器、蓄能器、密封装置、冷却器、液压管路和接头、温度计、液位计等。

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液压的工作介质就是指液压油，中铁装备公司根据NAS清洁度选择液压油的粘度V=68mm²/s，主要使用壳牌或美孚液压油.
伸缩油缸换向回路示意图：
油缸伸出为例,泵在电动机的带动下开始转动将油液输出，换向阀换到左位，进入液压油缸无杆腔,同时
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有杆腔的油液开始回油，经换向阀流入到油箱,1、2属
溢流阀，当油路中压力较大时，溢流阀打开，油液直接
回到油箱，防止压力过大时对系统造成冲击甚至破坏。

注：此图原理同上图，换向阀的关闭是通过手柄操作的
二、盾构机液压系统
根据液压油的走向，大致可以把整个液压系统的回路归结为：油箱→液压泵→液压控制阀→液压马达或者液压油缸→液压回油散热器→油箱。

1、螺旋输送机液压基本原理
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下图是大连地铁2号线201工程土压平衡式盾构机螺旋输送机旋转的液压系统图，以正转为例:首先，准备好盾构机启动条件，选定正转方向、按下螺旋输送机启动按钮后，电动机开始启动,带动左侧双向变量液压泵旋转，泵开始输出液压油，分出上下两路，上侧液压油途径压力表到达换向阀（此时换向阀已经换位到左位）处不通继续向上，到达五个旋转马达右侧，推动马达旋转，同时下侧液压油向上到达换向阀处，推开溢流阀，因节流口的原因只有部分油液流回油箱,其余部分油液继续向上到达五个马达左侧，因为左右两侧油液压力的关系,马达由右向左转动,从而实现螺旋输送机的正转.
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2、推进系统液压基本原理
下图是大连地铁2号线工程201标段盾构机推进系统的液压原理图，以A组推进为例：准备好启动条件，启动刀盘,再启动推进系统，首先电动机启动带动变量斜盘泵，泵将液压油从油箱中经过过滤器吸出再压出，流经带有开关和旁通单向阀的过滤器到达换向阀（换向阀在控制泵的调节下已换至右位)，再经过单向阀到达液压油缸的后腔，同时,液压前腔的液压油经换向阀回油到油箱，从而实现液压油缸的伸出.当液压油缸收回时，通过换向阀换位，液压油缸前腔进油，后腔出油，实现收回.当需要加大或减小推进速度时,可通过可调节流口的开口大小调整。

管片拼装时,液压油缸后腔压力较大,回收较困难，可通过插装阀1直接回油。

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推进系统液压总图：
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3、管片拼装机液压基本原理
下图是大连地铁2号线工程201标段盾构机管片安装机液压系统原理图，液压泵是双变量斜盘泵，以旋转为例:准备好管片拼装条件，停止推进并启动管片拼装模式，电动机带动变量泵，泵将油从油箱经过滤器压入左右换向阀处，换向阀在控制阀的作用下已经换到图中的下位，油液经过换向阀与平衡阀到达单向定量液压马达，液压马达通过转动将液压能转换为机械能,从而实现带动拼装机旋转。

其中，平衡阀块中两个两位两通阀处于单向阀的状态,只能单向导通，当回油时，进油侧油压通过管路推动两位两通阀至双向联通状态,马达可以顺利回油。

阀块中还有两个溢流阀，当达到溢流阀的设定压力，阀门打开，进回油路联通，马达前后受力相等，停止旋转，实现了管片拼装机只能旋转±200°.同理，通过换向阀的作用,可实现管片拼装机的其他五个自由度。

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4、注浆系统液压基本原理
下图是大连地铁2号线工程201标段盾构机注浆系统的液压原理图，以泥浆泵1工作为例:做好注浆的准备工作，启动注浆泵，泵将油液输出，经过滤器到达可调节流阀，再进入泥浆泵1，通过两处换向阀到达液压油缸,由于换向阀的换位作用,控制油路的进出,实现油缸的伸缩，通过油缸的伸缩将砂浆通过注浆管输送到盾体外。

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5、辅助系统液压基本原理
下图是大连地铁2号线工程201标段盾构机辅助系统液压原理图，以管片小车为例：达到启动条件后，开启辅助泵按钮，电机带动变量泵将油液输出，经过滤器到达换向阀，换向阀换位，再流经液控单向阀到达小车移动油缸，推动小车移动。

同样，泵输出的油液经过换向阀到达同步马达，带动油缸伸缩，小车实现举升.同理，辅助泵也可实现稳定器、铰接油缸、螺旋输送机伸缩节的控制。

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盾构机液压系统原理
一.液压系统原理
盾构机的绝大部分工作机构主要由液压系统驱动来完成，液压系统可以说是盾构机的心脏，起着非常重要的作用。

这些系统按其机构的工作性质可分为：
1. 盾构机液压推进及铰接系统
2. 刀盘切割旋转液压系统
3. 管片拼装机液压系统
4. 管片小车及辅助液压系统
5. 螺旋输送机液压系统
6. 液压油主油箱及冷却过滤系统
7. 同步注浆泵液压系统
8. 超挖刀液压系统
以上8个系统除同步注浆泵液压系统在1号拖车、超挖刀液压系统在盾壳前体为两个独立的系统外，其余6个液压系统都共用一个油箱，并安装在2号拖车上组成一个液压泵站。

有的系统还相互有联系。

下面就分别介绍一下以上8个液压系统的作用及工作原理。

(一)盾构机液压推进及铰接系统
1. 盾构机液压推进
（1）盾构机液压推进系统的组成
盾构机液压推进系统由液压泵站，调速、调压机构，换向控制阀组及推进油缸组成，30个油缸分20组均布的安装在盾构中体内圆壁上（见图），并分为上、下、左、右四个可调整液压压力的区域，为盾构机前进提供推进力、推进速度，通过调整四个区域的压力差来实现盾构机的转弯调向及
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纠偏功能.铰接系统的主要作用是减小盾构机转弯或纠偏时的曲率半径上的直线段,从而减少盾尾与管片、盾体与围岩间的摩擦阻力。

（2）推进系统液压泵站:
推进系统的液压泵站是由一恒压变量泵（1P001)和一定量泵（1P002)组成的双联泵，功率为75KW，恒压变量泵为盾构的前进提供恒定的动力。

恒压泵的压力可通过油泵上的电液比例溢流阀（A300)调整，流量在0-q max范围内变化时，调整后的泵供油压力保持恒定。

恒压式变量泵常用于阀控系统的恒压油源以避免溢流损失。

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由恒压变量泵输出的高压油分别送达A、B、C、D四组并联的推进方向控制阀组，经过阀组的流量、压力调整和换向后再去控制推进油缸，从而使推进油缸的推进速度、推力大小及方向得到准确控制。

因每组油缸的控制原理都一样，下面就以B组中的第一个油缸控制为例，介绍其作用和工作原理。

油泵输出的高压油经高压管路由B组的P口进入，一路径F1(过滤）→A111(流量调整）→A101（压力调整）→经电液换向阀进入推进油缸。

缸的快进快退，提高工作效率。

A783控制的插装阀。

A403为推进油缸底端预卸荷阀。

阀组中还有液控单向阀、载荷溢流阀，以及A256压力传感器和油缸行程传感器。

四组阀组中的电液换向阀的液控油由定量泵(1P002)经减压阀（1V034）提供.
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2. 铰接装置工作模式分三种:
铰接装置的动力来源于推进系统的液压泵站中的定量泵（1P002),铰接装置的加载和卸载由（A349）两位两通电液阀控制。

（1）铰接回收（PULL或RETRACTION)模
式（减小铰接间隙）,定量泵输送来的高压油
从阀快（2C001）P口进入，此时（H001）不
得电截止，（H002）得电导通，高压油进入
铰接油缸的有杆腔使铰接油缸回收。

（2）铰接保持(HOLD或FREE)模式（浮动
模式），该模式下(H001、H002）都不得电截
止。

铰接油缸有杆腔的油被封闭，油量保持不
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变，被封闭的油在所有相互并联的有杆腔内互相补偿,直线推进时保持铰接间隙，转弯时处于浮动状态.
（3）铰接释放（RELEASE或LOOSE）模式（伸长模式)，当（H001）得电导通，(H002）无电截止时，铰接油缸有杆腔的油接通低压,在盾构机推进时，因盾尾的阻力使铰接油缸被拉长，达到增大铰接间隙的目的.该油路中还设有负载溢流阀（V2）、压力传感器（H005）及铰接间隙长度传感器。

另外可以通过（2V003、2V004、)的导通和截止达到铰接保持和铰接释放功能。

但当(2V003、2V004)两个阀的截止,在铰接油缸有杆腔的压力过高时（盾构机推进时，盾尾如果被卡住),因无压力传感器的压力显示和载荷溢流阀的溢流，可能会使铰接油缸损坏或油管爆裂。

(二)刀盘旋转液压系统
刀盘旋转系统可分为补
油回路、主工作回路、外部控
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制供油泵、主泵外部控制回路、马达外部控制回路。

刀盘旋转系统是为刀盘切割岩石或土壤时提供转速和扭矩，要求根据岩石地质的变化转速能够方便的调整。

为了得到较大的功率和扭矩，该系统采用3台315KW的双向变量液压泵并联，带动8台双向两速低速大扭矩液压马达。

下面分别介绍各回路的作用及工作原理。

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补油回路：因主工作回路是闭式回路,加之系统功率大,需要进行补油和散热，所以设
置了一套补油回路对其进行补油和散热。

为增大散热效率，补油回路采用了55KW低压大流量的定量泵来带走闭式回路中的大量热量，同时也对其进行了补油。

补油泵从油箱泵出的油经两个滤清器(1F001、1F002)进入3个主泵的E口，并通过两个单向阀分别对闭式回路的低压端进行补油,然后经主泵的高压端为液压马达提供动力油。

从马达返回的携带热量的低压油又回到主泵，一部分又进入主泵的高压端，一部分经排放阀从主泵的K1口流出，并经一节流阀流回油箱进行冷却。

补油回路中还设有蓄能器和压力传感器，蓄能器是保证回路的压力平稳。

主工作回路由主泵和液压马达组成,主泵是一315KW的双向变量泵，在主泵的主回路中有补油单向阀、载荷溢流阀、及低压排放阀，主泵的控制回路有主泵斜盘伺服油缸及双向伺服控制阀,司服阀由外部控制回路调压控制，以便实现换向和无级调速。

两个补油单向阀分别向低压侧进行补油,另一个带弹簧符号的单向阀是当两侧回路都较高或相等时(如:主泵斜盘角度为0时），补油直接通过它，并经节流阀（1Z017）返回油箱。

载荷溢流阀当载荷过大时使过高的压力油泄至低压侧，以达到保护系统不受损坏.排放阀用于闭式系统多余的
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热油经低压侧排放回油箱。

节流阀（1Z017）是保证排放出的压力油与油箱之间形成约20bar 的压差.
主泵控制回路用于控制其斜盘的±角度，以实现刀盘的正反转及转速的无级调整。

外来控制油经换向阀（1V002）到达司服阀的左右端，使司服油缸的无杆腔进油和排油来实现活塞杆的左右移动，从而完成斜盘角度的控制。

外来控制油是通过外部控制回路中的电比例溢流阀（B006)提供，调整范围0—45bar.
马达回路含有司服油缸、司服阀及低压排放阀，司服阀由主回路压力及外部控制回路控制，当马达外载荷增大时,
主回路高压侧的油压随之
升高,高压油经过单向阀，一
路到达司服阀左端,使司服
阀右移,一路到达司服阀P
口经减压阀进入司服油缸
无杆腔使斜盘角度增大,从
而降低转速增加扭矩，外部
控制回路由控制油泵提供
控制油压，当无控制油压
时，马达处于高速档，当外
部提供油压时，司服阀右
移，使马达处于低速档，从
而实现了两速控制。

外部控制供油泵
（2P001）：控制油泵是一台
5。

5KW的恒压变量泵，泵中的两个司服阀上面一个与溢流阀联合控制泵的压力，下面一个以控制流量为主。

（B040）
为加载电磁阀。

该泵的油通
过滤清器（2F001）向刀盘旋
转系统的主泵和液压马达以
及螺旋输送机的控制回路供
油。

一路去旋转主泵回路的
控制阀，一路去旋转马达控
制阀，另两路去两台螺
旋输送机的主泵控制阀。

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进入旋转主泵控制阀的油经节流和减压后在经电液比例溢流阀（B006）向旋转主泵司服阀提供0—45bar的可变压控制油压,以实现转速的无级调整。

另外从主泵P口（H88）和梭阀（V030、H92)反馈到控制阀（2C003)并汇集到两组溢流阀和载荷感知阀，两组溢流阀由
手动两位四通阀转换，正常工
作时使用左边溢流阀,增大扭
矩时使用右边溢流阀（只能短
时间使用），手动阀自动回位。

感知阀是在扭矩突然增大时，
反馈的油压将减低其溢流压
力,使控制主泵伺服的压力降
低，从而减小主泵斜盘角降低
刀盘转速。

进入旋转马达控制阀P
口的油经节流阀（M10）又分
两路，一路经减压阀、两位四
通电磁阀（B032）到（H86）
旋转马达控制马达的高低速。

另一路经减压阀、两位四通阀
(B033）、单向节流阀去控制马
达（1A002）的刹车（1G002）。

在（1A002）马达上装有旋转方向传感器(1S026、B035）、马达高低速传感器（1S025、B038）和油温传感器（1S023、B050）。

在刹车回路中设有蓄能器（2C002）,与单向节流阀一起保证了刹车时的快杀慢放.
(三)管片拼装机液压系统
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为了提高管片的拼装效率及避免拼装中的管片损坏,要求系统要有一定的速度、准确的移动位置精度、足够的活动自由度及可靠的安全度.速度由一55KW的双联恒压变量泵提高的流量控制，精度靠电液比例司服阀控制，自由度有：管片的左右旋转、提升（可左右分别提升及同时提升）、前后水平六个自由度,并有管片的抓紧及绕抓举头水平微转、前后微倾的微调功能。

55KW的双联恒压
变量泵为拼装机提供动
力。

当用快速档时，双
泵同时工作。

低速档时，
只（1P002）工作.加载
阀（C003、C004）由PLC
控制，根据拼装机的工
作速度可对其进行分别
控制或同时控制。

旋转控制：油泵输
出的高压油一路经减压
阀（DM）减至30bar到
达电液比例阀然后控制
司服阀以达到控制流量
来控制马达旋转速度。

各阀的功能如下，DM为
控制油减压阀，DBV2为
控制油溢流阀，DBV1与插装阀组成主溢流阀，进入司服阀前的减压阀经DUE4、DUE7节流阀后的反馈油控制，以达到动作启动时的平稳。

D1、D4为反馈油溢流阀，F1、DUE2是停止动作时起泄油的作用。

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经控制阀控制后压力油分别进入两个并联的回转马达，高压侧的油一路经减压阀(1V001）减压后去控制刹车，减压阀旁的单向阀起回转停止时刹车的泄油回路。

进入马达的油先经平衡阀（此阀进油时不起作用)，驱动马达旋转，马达出来的油进入下一个平衡阀,该阀在进油有一定压力后经X口其慢慢打开回油通路,并保证一定的背压，避免马达因惯性吸空，当旋转惯性过大时平衡阀右边的压力会增加，使阀芯左移以减少回油来减小惯性产生的转速，当回油压力增大到最大设定值时平衡阀中的溢流阀工作，避免了液压元件被损坏。

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水平移动的控制与回转控制一样,从控
制阀出来的油经平衡阀（1C004)进入水平移
动油缸，控制油缸的前后移动.
提升控制：控制阀原理与回转控制相同，但在司服阀反馈油出口处只在提升回路
中设置了节流阀，下降反馈口没有设置，其
目的是为了较快的提高司服阀进口处减压
阀的减压压力以增加下降时的反应速度，同
时也反映一个功率平衡问题。

两个提升油缸
即可以单控，也可以同时控制，所以有两套
单独得司服控制阀，。

从控制阀出来的压力
油先通过一个两位两通随动阀进入提升油缸，当达到一定压力后，油缸出油口的两位
两通随动阀在进口压力的推动下打开，导通
回油通道形成回路.反之亦然。

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管片抓紧控制：压力油经减压阀减压，在经三位四通电磁换向阀换向,经液压锁、单向节流阀、B口端还有溢流阀.抓紧时,从A1口出来的油经
过抓举油缸进口处的液压锁进入抓举缸的有杆腔，当达
到设定的抓紧力时油缸旁的溢流阀溢流，并使油缸旁的
两位两通阀换向，切断通往压力开关(1S001）的油压，
使压力开关信号改变。

只有当压力开关的信号改变后，
拼装机才有其他动作.否则视为管片没有抓紧不安全，管
片机不能动作。

松管片时B1口的压力油进入抓举缸的
无杆腔，一路打开油缸边上的液压锁，使活塞下行。

控
制阀中的液压锁是保持活塞位置的，单向节流阀是调整
活塞动作速度的，溢流阀是起安全作用的。

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水平微动和倾斜微动控制与抓举控制原理相同。

(四)管片小车及辅助液压系统
辅助油泵为一22KW的恒压变量泵，原理与刀盘旋转系
统得控制油泵相同.输出的压力油分别控制管片小车链条涨紧
油缸、管片小车上的前送油缸、管片输送举升油缸、后配套
拖车牵引油缸及螺旋输送机闸门.
链条涨紧控制：压力油从P口进入控制阀，经减压阀、
三位四通电磁换向阀、液压锁达到油缸。

管片前送控制阀：与管片抓举控制阀相同。

但
回路中多一组流量再生阀（1C004)，注:据说此阀实际
中不能使用。

输送举升控制阀：控制阀原理与抓举控制阀相
同.为使四个举升缸同步,回路中设置了一组流量分配
器，该分配器原理其实就是齿轮泵工作原理，四个型
号参数一样的泵并联在一起同轴旋转，因转速也一样，
所以四个泵排出的流量一样，使进入四个举升缸的流
量保持一样,活塞的行程也相同.四个回路采用一个负
载溢流阀。

后配套牵引控制阀：控制阀原理同抓举控制阀。

只是牵引缸无杆腔的油不通过控制阀，直接回油箱.有杆腔回路中装有压力传感器。

螺旋机闸门设置与螺旋机配置的数量有关但差别不大,都有两个闸门，一级螺旋机出口的闸门控制结构和原理都一样，单螺旋机有前闸门，双螺旋机没有。

但双螺旋机的二级螺旋机有出口闸门。

一级螺旋机出口闸门：来自辅助泵的压力油经减压阀、三位四通电磁换向阀液压锁到达闸门油缸，控制闸门的开闭。

闸门开闭的大小由长度传感器（K011)给出信号，开口最大
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和关闭由两个位置传感器(K012、K013）提供信号.回路中装有一液压蓄能器，当出现紧急情况时（如停电时），靠蓄能器里的压力自动关闭闸门（当然要在左边的球阀开启时，右边的球阀是卸压时打开）。

二前闸门和二级螺旋机出口闸门相同，其控制原理都与管片抓举控制阀一样。

(五)螺旋输送机液压系统
螺旋输送机分单螺旋输送和双螺旋输送,无论是单还是双，其系统原理都一样，双螺旋采用的还是两套独立的控制系统,下面就介绍一套系统。

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螺旋输送机主泵回路和液压马达回路与刀盘回路原理一样，只是补油泵为内置式，除给系统补油外，还给泵控回路提供控制油压,并设有一补油顺序阀来保证控制油的压力,另有一梭阀给压力传感器(K005）提供高压侧的油压。

液压马达回路减速器（1G001、1G002)由55KW的刀盘旋转补油泵提供的液压油对其进行冷却。

马达上装有转速传感器和油温传感器。

螺旋机主泵控制
回路由伺服阀、伺服油
缸及调压阀组成，伺服
阀由外部控制阀
（1C005）控制，调压阀分A、B两路经梭阀（1V017）
汇集到溢流阀（1V018）进行调整。

伺服阀动作时带
动伺服油缸活塞移动，从而使斜盘角增大，泵流量
增加,当外载荷大时系统压力就会随之增大,当系统
压力超过调定值时，相对于高压侧的两位三通随动
阀上移，如：当伺服阀X1端供油时,伺服阀移至右
位，伺服缸有杆腔进油,无杆腔回油至低压，伺服活
塞右移泵斜盘角增大，A路为高压侧，当A路压力
超过调定值时,此时左边一个随动阀上移,控制油压
与伺服油缸无杆腔接通，因有杆腔和无杆腔的压差关系，使伺服活塞左移，泵斜盘角减小，
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