盾構刀盤回轉驅動液壓系統建模與仿真研究
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- 摘要
集機械、電氣、信息、測量、液壓與控制等多學科技術為一體的
盾構掘進機以其高效、快速、優質、安全等特點成為了全球范圍應用
最為廣泛的大型地下隧道掘進工程裝備，其刀盤驅動系統具有大慣
性、大功率和變負載的特點，而近來迅速發展起來的電液控制技術在
繼承了原有液壓系統優點的基礎上與電子技術緊密結合于一體，成為
盾構機驅動方式的發展趨勢。論文從盾構機刀盤驅動的實際工況出
發，針對盾構掘進過程中出現的負載突變沖擊乃至刀盤卡死等現象，
分析了現有盾構刀盤驅動方式所存在的問題，探討了一種具有更高可
靠性和節能性的盾構刀盤驅動液壓系統，重點研究了系統的動態特性
及其沖擊適應性，主文主要研究內容如下:
1.介紹了國內外盾構施工技術和盾構掘進機的發展歷程和研究
現狀。分析了盾構刀盤的現有驅動方式的特點，對變頻電機驅動和液
壓驅動兩種方式進行了對比。
2.從負載的角度論述了盾構刀盤切削作用對象巖土的基本特性，
分析了盾構刀盤上主要刀具的切削物理現象以及切削力模型，論述了
盾構扭矩的構成情況及計算方法。重點研究了盾構刀盤在切削過程中
負載沖擊和刀盤卡死產生的原因以及沖擊帶來的影響。通過盾構刀具
切削實驗和盾構實際現場測試的數據相結合，驗證和分析了盾構掘進
過程中負載的隨機性和沖擊的產生原因。
3.分析了盾構刀盤驅動系統的結構形式，研究了現有盾構刀盤
驅動液壓系統的優缺點，針對盾構的負載特點設計了一種基于負載變
化的變量泵一變量馬達容積控制驅動回路，并采用比例閥控蓄能器來
控制負載的動態沖擊。
4.建立了盾構刀盤液壓驅動系統的數學模型，從系統動態特性
入手研究了刀盤在劇烈負載沖擊下液壓系統的各個參數對系統本身
的影響，揭示了液壓沖擊的物理現象以及峰值的計算方法，在蓄能器
模型的基礎上分析了其吸收壓力沖擊時的動態特性。
5.在已建立的數學模型的理論基礎上，利用A州 [ESim圖形化仿
真軟件建立了盾構刀盤液壓驅動系統仿真模型，對所構建系統的動態
特性以及對沖擊的適應性進行了仿真研究。研究結果表明，采用比例
閥控蓄能器的盾構刀盤回轉驅動液壓系統可以能夠很好地吸收負載
沖擊，有效避免溢流損失，并回收部分沖擊能量，具有較好的節能性
多中南大學碩士學位論文摘要
和可靠性。
關鍵詞:盾構掘進機;刀盤驅動液壓系統;AMESim仿真;負載沖擊;
蓄能器中南大學碩士學位論文ABSTRACT ...
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