对采用液压变压器的盾构推进节能系统设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com采用液压变压器的盾构推进节能系统设计施虎，龚国芳，杨华勇(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室)摘要：推进系统是盾构机的重要组成部分。以应用最为广泛的6．3m土压平衡盾构推进系统为例，提出一种采用液压变压器的新型节能盾构液压推进系统。该系统以液压变压器作为控制元件，4组推进液压缸分别由4个相应的液压变压器控制，系统的动力源由蓄能器和补油泵共同提供。采用液压变压器的推进系统结构简单、能量利用率高，避免了传统阀控系统中存在的严重溢流截流损失。介绍系统的工作原理和设计流程，提出设计步骤和设计方法，

2、通过较精确的计算，确定一种装机功率相对阀控方式较小的盾构推进液压系统。在拥有同样设计推进能力的情况下，与通常的阀控系统相比，液压变压器推进系统可使装机功率降低30％，体现出较大的节能优势。(c二

3、统中得到了广泛应用。现有盾构若干组，进行协调控制。图1为城市地铁建设中广泛推进液压系统采用阀控形式，能量损失严重，而损失应用的6．3m土压平衡式盾构推进液压系统液压的能量以发热形式释放使掘进工作环境恶化，对施缸布置图，共32套液压缸，分为4组。图中z1～工极为不利。液压变压器是近年发展的一种全新的代表液压缸，在、、、：处装有位移传感器，用液压能量转换元件，理论上能够无损传输液压能Ⅲ。于检测所在分组的推进位移，以控制整个盾构的前采用液压变压器原理的盾构推进液压系统能够极大进速度以及各分组之间的同步运动关系。地降低系统的装机功率，

4、达到节能降耗的目的。图2为采用液压变压器的盾构推进节能液压系统单组工作原理图。当盾构停止推进时，调节变量泵l工作原理1．油箱2．补油泵3．电机4．溢流阀5．蓄能器6．1变量泵／马达6．2定量泵，马达7．二位三通电磁换向阀8．液压缸图16．3m盾构推进系统液压缸分布示意图图2液压变压器推进系统单组工作原理图$国家“863”计划项目(2007AA041806)作者简介：施虎(1984一)，男，山西应县人，博士，研究方向：掘进装备电液控制技术。一36—学兔兔www.xuetutu.coml／马达6．1的排量，使连接变量元件和定量元件

5、的轴，、、、．1保持转矩平衡此时泵／马达6．1、6．2均保持静止。小矶n，当盾构向前推进时，调节变量泵／马达6．1的排由于液压变压器盾构推进系统与普通系统的不量使之变小，两元件中间轴的合转矩为正，元件6．1、同之处主要在于驱动部分的差异，因此本文论述的6．2分别工作在泵、马达工况，液压变压器正向旋转。系统设计即指液压系统动力泵站部分的设计。推进二位三通电磁换向阀7电磁铁断电，推进液压缸有系统执行部分的设计与普通系统类似，此处从略。杆腔连接油箱，活塞杆伸出，盾构向前推进。3．1定量泵／马达的选择当盾构推进距离到达一环管片宽度时，

6、调节变推进系统共有4个分组，每个组采用1个液压量泵／马达6．1的排量使之变大，两元件中间轴的合变压器控制。由于4组液压缸数量不同，相应的液压转矩为负(相对于前一工况)，元件6．1、6．2分别工作变压器元件规格也不尽相同。根据设计要求，盾构的在马达、泵工况，液压变压器反向旋转。二位三通电最大推进速度为80mm／min，则对于A、c两组而言，磁换向阀7电磁铁得电，推进液压缸无杆腔连接主各有8个液压缸，推进所需的最大流量为：油路，活塞杆退回，盾构开始管片拼装作业。QA=Q=8vA=8vx1Td2=24_3(L／min)由于在推进系统

7、工作过程中变量泵／马达6．1式中：——推进速度；．和定量泵／马达6．2都存在泄漏，以及液压缸在工作～液压缸内径。过程中需要主油路供油，因此系统设置了相应的补B组10个推进液压缸所需最大流量为：油泵和蓄能器，用于补充系统在1个工作循环周期QB=1OvA=30．4(L／min)内所损失的能量。在实际应用中，蓄能器的充油过程D组6个推进液压缸所需最大流量为：可以在管片拼装机工作时完成，此时推进系统停止Q~6vA=18．2(L／rain)工作。若期望马达转速n不低于2200r／mint31，容积效．、、．率J，7为95％，则相应的定量

8、泵／马达的排量为：2设计日称gA：gc：QA／()：11．6m)某地铁施工所用的6．3m土压平衡盾构推进q．=Qs／(rln)=14．5(mL／r)I液压系统的主要参数如表1所示。为了便于与传统qo=QD／(~ln)=8．7(mL／r)阀控推进系统的节能效果相比较，推进液压系