盾构机刀盘液压驱动系统研究.pdf

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浙江大学硕士学位论文盾构刀盘液压驱动系统研究姓名：

郑久强申请学位级别：

硕士专业：

机械电子工程指导教师：

龚国芳20060501浙江大学硕士学位论文摘要盾构机是集机械、电气、液压、测量、控制等多学科技术于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备。

它需要针对不同地层地质要求进行设计制造，而目前国内并没有合适的设计理论和方法来进行指导，也没有掌握相应的设计理论，所以有必要搭建盾构模拟试验平台，用来模拟不同类型的盾构机在不同地层中的掘进过程，开展土压平衡盾构在典型地质条件下的控制策略、设计理论及计算方法的研究。

这将有利于提高我国盾构机的设计制造水平，扩大盾构机的国产率。

盾构模拟试验平台中，盾构机电液控制系统是其关键和难点所在。

论文以盾构模拟试验平台为研究对象，模拟实际盾构施工过程中的工况要求，采用电液比例控制技术对盾构模拟试验平台刀盘液压驱动系统进行了原理设计、液压阀块设计和系统集成设计。

并通过仿真与实验，对液压系统进行了在不同工况下的刀盘转速和功率损耗情况的研究分析，仿真和实验结果表明采用变排量液压驱动系统能实现刀盘的转速要求，效率较高。

同时本文还设计了另一种更加节能的变转速液压驱动系统，并进行了原理与仿真的分析，仿真结果表明，这种变转速液压驱动系统不仅能够实现刀盘在不同工况下的转速和扭矩要求，而且与变排量液压驱动系统相比较能耗更低，更节能。

本文的研究成果为实际盾构机的设计制造提供了相关参考依据。

论文主要研究内容如下：

第一章，阐述了盾构机以及盾构刀盘驱动系统的国内外发展概况及现状，论述了盾构刀盘液压驱动控制技术。

提出了本课题的研究内容以及完成论文所要进行的研究工作。

第二章，在对实际盾构机施工过程中工况进行分析的基础上，采用电液比例控制技术对盾构模拟试验平台刀盘驱动液压系统进行了原理设计、参数计算、液压元件的选型以及阀块的集成设计与加工；最后介绍了刀盘监控系统的软硬件平台搭建。

第三章，采用AMESjIIl和MATLAB仿真软件建立了刀盘变排量液压驱动系统的联合仿真模型。

对盾构刀盘在不同工况下的扭矩和调速进行了仿真分析。

结果表明采用电液比例控制技术可以实现刀盘的调速要求；同时得到实验的迸一步验证。

第四章，分析了变频液压控制技术，在变排量液压驱动系统的基础上设计了变转速液压驱动系统，并进行了建模与仿真，仿真结果表明变转速液压驱动系统同样可以实现刀盘在不同工况下的转速要求，而且效率比变排量系统更高，更节能。

第五章，总结了全文的主要研究工作和成果，并展望了今后需进一步研究的工作和方向。

关键词：

盾构机；模拟试验平台；刀盘；变排量；变转速；液压驱动；土压平衡；摘要Visualc阡；AIVlESim仿真；MATLAB仿真。

浙江大学硕七学位论文AbstractTheshieldtunnelingmachineisatypeofcomplicatedengineeringequipmentwhichisrelatedwithsubjectsofmachinery,electronics，hydraulics,measurementandcontrol，andiswidelyappliedinthe岫dergroundtunnelexcavationBaseduponthedifferentkindsofgeologiealconditions，eachshieldtunnelingmachinehastobedesignedandmanufacturedindividuallyHowever,thepresentdesigntheoryandmethodoftheshieldtunnelingmachinearenotperfectThereforeitisnecessarytoestablishasimulatortestrigofshieldtunnelillgmachinetosimulatethetunnelexcavationsundertheconditionsofdifferentlocalgeologicalstructuresInthisarticle，anewdesigntheoryandacalculationmethodintheelectrohydrauliccontrolsystemaleproposedtoimprovethedesignleveloftheshieldtunnelingmachineBasedupontheanalysisoftheworkingconditionsinthetunnelexcavations,aprincipledesign，hydraulicvaluedesignandsystemintegrationdesignofhydraulicdrivesystemofcutterheadforsimulatortestrigiscarriedouttheoreticallywithelectro-hydraulicproportionalcontroltechniqueThehydraulicsystemintherotatespeedofcutterheadandthewasteofpowerofdifferentworkingconditionsareanalyzedbythesimulationandexperimentationThesimulationandexperimentalresultsshowthatthesystemismoreefficientbyusingthehydraulicsystemofvariabledisplacementtoachievetherotatespeedofcutterheadAtthesametime，thehydraulicdrivesystemofvariablespeedisdesigned,tooAndbyanalyzingtheprincipleandsimulation,thehydraulicdrivesystemofvariablespeedCanalsoachievetherotatespeedofcurerheadComparingthetwosystems,thehydraulicdrivesystemofvariablespeedismoreefficientandenergysavingTheseresultswillprovidethetheoreticalreferencesfortheshielddesignandmanufactureTheworkisfollowingasInchapterl，thehistoryandcurrentresearchstatusoftheshieldtunnelingmachineandhydraulicdrivesystemofcutterheadaleintroducedbasedonalotofthepublicationsandconferencepapersThetechniquesofhydrauliccontrolofshieldtunnelingmachinearcalsodescribedConsequently,therearchandthegoaloftheprojectarebroughtforwardInchapter2，theelectro-hydrauliccontrolsystemsofthesimulatortestrigaredesignedwitlltheproportionalelectro-hydrauliccontroltechniquebasedontheanalysisoftheshieldtunnelingmachinesThedesign