土压平衡式盾构电液控制系统集成技术及其应用

盾构掘进机(简称盾构)是一种集机、电、液、传感、信息等技术于一体的隧道掘进专用工程机械。盾构的动力传递及控制系统具有传递功率大、负载多变、运动复杂、控制精度和可靠性要求高、安装空间小和环境恶劣等特点。电液控制系统固有的特点恰恰能够满足盾构的这种需求。近年迅速发展的电液控制技术综合利用了电子技术在信号检测、放大、处理和传输方面的优势与液压在功率转换放大和执行上的优势,成了盾构动力传递和控制不可替代的方式。本论文主要对盾构机的推进及刀盘驱动电液控制系统进行了设计和仿真研究,并进行了现场施工验证。 论文主要研究内容如下: 1、根据盾构机施工要求,推进液压系统采用电液比例控制技术控制推进液压缸的速度及压力,并在此基础上提出了比例压力流量控制策略;指出推进液压缸控制应采用分区控制技术,并给出了推进液压缸分区原则。 2、针对盾构施工现场不易散热的工况,推进液压系统采用了负载敏感节能控制技术和插装阀集成技术,减少液压系统发热,提高系统效率。系统液压缸回退仿真证明采用插装阀技术可以减小液压缸回退时液压油沿程压力损失。 3、应用美国PTC公司的三维参数化设计软件Pro—Engineer,进行推进控制阀块测试试验台设计,增加了直观性,便于检测阀块流道是否干涉,方便试验台元件整体布局;利用其二维平面图导出功能,提高了设计效率。 4、应用法国Imagine公司的基于键合图的液压/机械系统建模、仿真及动力学分析软件—AMESim,建立推进液压系统及负载模型,并对其进行仿真分析,仿真证明推进液压系统采用比例压力流量复合控制可以进行压力控制并可以减小由其引起的速度波动,提高系统控制精度。 5、由于地质的不同,刀盘液压系统驱动压力相差比较大,而在某一地段掘进时其驱动压力变化又不大,因此刀盘液压驱动系统采用比例控制技术和恒功率控制技术相结合的控制方式。现场施工证明这种控制方式可以很好的应用于盾构机刀盘液压驱动系统。 6、刀盘液压驱动系统采用大排量泵和小排量泵组合,而非目前国际常用的大排量泵,在系统集成上实现了刀盘驱动单个液压泵故障情况下的系统重组技术。各泵及其控制系统相对独立,可以实现不同的组合,互为备用,提高了系统的可靠性。 最后对全文所做的研究结果进行了简要总结,并对今后的工作进行了展望。