硬岩掘进机推进液压系统设计研究

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1、隧道掘进机推进液压系统设计研究摘要：隧道掘进机是集机械、电气、液压、系统控制和材料等多学科领域于一体，专用于地下大长深隧道开挖的重大工程装备。作为盾构掘进机向前顶进施工的关键部分，推进液压系统不仅要承担直线隧道的掘进任务，而且还要承担曲线隧道掘进，隧道纠偏以及管片拼装时的单独退回等相关动作要求，因此推进液压系统性能的优劣直接影响着盾构掘进机的整体性能。本文以m盾构掘进机为研究对象，通过对其推进液压系统进行设计研究，为盾构的国产化提供有益的借鉴。文章的主要内容和结果如下：首先介绍了课题研究的背景与意义，提出了几种典型的盾构推进液压系统

2、，概述了盾构掘进机推进液压系统国内外研究现状，指出了现阶段研究中存在的难题。其次针对m盾构掘进机，提出了推进系统的设计要求和设计方案，并依据相关工程地质，进行了土压力的计算以及液压缸的分区设计和优化，为后文控制系统的设计奠定了基础。再次对工程施工中盾构掘进姿态进行了分析并提出了姿态控制的策略，通过将模糊自适应PID智能控制策略引入对盾构掘进姿态的控制调整，有效地控制了地表沉降，提高了施工质量。最后通过AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真平台上将盾构掘进机的机械系统和控制系统有机地联系起来进行仿真研究，分别验证了该系统

3、对阶跃响应、正弦响应和斜坡响应的控制效果，最终通过某施工现场试验对设计的盾构掘进机液压推进系统进行了验证，证明了该推进液压系统的正确性。关键词：盾构掘进机；推进系统；模糊PID;联合仿真论文类型：应用基础研究目录第1章绪论11.1引言11.2盾构推进系统的原理和特点1.2.1原理分析11.2.2推进系统的特点1.3盾构推进系统研究现状和存在的问题1.4盾构推进液压系统研究现状1.5课题研究的意义1.6课题研究的主要内容1.6.1课题来源及研究内容1.6.2论文结构第2章盾构推进液压系统机械结构设计52.1机械结构设计要求52.2机械

4、结构设计52.3机械结构设计2.3.1土压力的确定2.3.4设计方案的确定2.4推进液压缸的分区设计2.4.1分区方案2.4.2分区方案的优化2.5本章小结第3章盾构推进液压系统控制系统设计113.1盾构推进液压系统控制的难点113.2盾构掘进姿态控制3.2.1掘进姿态分析3.2.1控制策略的选择3.2.3模糊自适应PID控制器的设计第4章联合仿真模型分析研究134.1AMESim软件简介134.2联合仿真模型的建立4.2.1比例调速阀模型134.2.2比例溢流阀模型4.2.3负载模型4.3联合仿真分析4.3.1联合仿真中需要注意的

5、问题4.3.2联合仿真参数设置4.3.3联合仿真结果分析4.4本章小结第5章人机界面的研制及现场掘进试验155.1人机界面结构介绍155.1.1人机交互界面155.1.2人机交互界面的研制5.2掘进试验5.2.1现场掘进试验5.2.2掘进数据分析5.3本章小结第6章结论176.1研究结论6.2进一步研究的问题参考文献19附录A推进液压系统遗传控制算法程序21致谢22攻读学位期间的研究成果23第3章盾构推进系统控制部分设计3.1盾构掘进机控制系统特点3.2盾构掘进姿态分析3.3推进系统控制策略3.3.1盾构推进系统控制策略概况3.3.

6、2推进系统数学模型的建立3.3.3推进系统控制策略3.4本章小结第4章基于AMESim与Simulinkde联合仿真分析4.1AMESim软件简介4.2推进系统AMESim建模4.2.1基于AMESim的调速阀建模4.2.2溢流阀的AMESim建模4.2.3推进负载模型4.3联合仿真分析4.3.1对阶跃信号的仿真分析4.3.2对正弦信号的仿真分析4.3.2对斜坡信号的响应分析4.4本章小结第4章盾构掘进工程分析5.1辽西北工程施工概况5.2现场掘进试验及结果分析5.2.1现场掘进试验5.2.2试验结果分析1前言盾构掘进机是集土体开挖

7、、渣土输送、管片衬砌以及测量纠偏等多功能于一体专用于地下大长深深隧道开挖的重大基础性工程装备，其从隧道的一端进入再从另一端钻出便可建成一条隧道，因此又被成为“隧道加工厂”。作为盾构掘进机向前顶进施工的关键部分，推进液压系统承担着直线或曲线隧道掘进、姿态纠偏以及各液压缸间的同步协调等相关动作，是保证盾构沿着事先设计好的路线精确掘进的关键。本章主要对盾构掘进机推进液压系统的研究现状进行了综述，同时指出了研究中存在的难点和有待研究的问题，明确了本文的研究方向。硬岩掘进机的关键技术为：推进液压缸分区性能研究，推进液压缸控制方式研究以及液压缸

8、推进速度控制研究。目前对硬岩掘进机推进液压系统的研究主要集中在对推进液压缸分区布置的优化研究、对推进液压系统的改进设计以及对推进速度的控制算法研究三个方面，其中尤对硬岩掘进机推进液压系统的控制研究居多。在硬岩掘进机分区性能研究方面，邓