对盾构机推进液压系统设计与仿真分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第5期(总第186期)机械工程与自动化N0．52014年lO月MECHANICALENGINEER1NG＆AUT0MAT10N0ct．文章编号：1672—6413(2014)05—0059—02盾构机推进液压系统设计与仿真分析谢群，张俊辉，司宝玉，杨春洋。(1．沈阳理7-大学机械7-程学院，辽宁沈阳110168；2．北方重工集团有限责任公司盾构机分公司，辽宁沈阳110141；3．沈阳机床集团有限责任公司，辽宁沈阳110042)摘要：对盾构机推进液压系统做了详细的介绍，阐述了其系统组成及工作原理。该系统应用电液比例控制技术实现了推进力和位移的控制。通过对推

2、进系统的仿真分析表明：采用电液比例泵和比例减压阀的控制策略，满足了系统的推进速度和压力要求。关键词：盾构机；推进液压系统；设计；仿真中图分类号：TU621：TP391．9文献标识码：A0引言主泵还具有二级遥控压力切断功能，管片拼装模式的盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水最大切断压力由溢流阀11调定，推进模式的最大切断电等隧道工程。盾构机在实际施工过程中，不同施工压力由溢流阀12调定，通过三位四通换向阀10换向，地层土质及其土压力的变化会对推进速度及推进压力控制二级压力转换，这样可以对系统进行过压保护。产生很大影响。另外，在盾构机实际推进过程中，根据施工要求，还要做出许多动作，比

3、如前倾、后仰、转弯和曲线行进，这些都会导致盾构机的前进方向和设计轴线产生一定偏差。为了满足实际施工需要，本文对推进速度控制采用比例变量泵来实现；推进压力控制采用分区比例减压阀来实现，并采用AMESim软件分析了系统及其操作流程，以保证系统持续稳定高效工作。1盾构机推进液压系统设计1．1推进液压系统的动力单元设计推进油缸在实际工作过程中有两种模式：推进模式和管片拼装模式。推进模式要求推进力较大、速度1，5一吸油过滤器；2一比例变量泵；2．1一负载敏感缸；2．2一小变量缸；较低；管片拼装模式为了提高效率，要求推进缸伸缩速2．3一比例换向阀；2．4一压力切断阀；3一电机；4一双联叶片泵；度快而压

4、力不是很高。结合这种特殊工作模式，得到6，7一电磁溢流阀；8，9一压力表；10一三位四通换向阀；推进液压系统的动力单元如图1所示。动力单元由311，12，13一溢流阀；14，15一单向阀；16一测压接头图1推进液压系统的动力单元台泵组成，主泵2采用比例变量泵，它主要为系统提供l_2推进系统的液压缸分布形式高压低流量液压油，担任主要的推进任务。在推进模推进系统由20个液压缸分为4个区控制，其中下式下，操作手通过控制主控室的电位计旋钮，直接控制边分区液压缸承受开挖力最大，这是由于盾构推进时变量泵的斜盘摆角，进而实现推进速度的控制；在管片周向阻力分布不均而造成的，周向阻力呈梯形分布，下拼装模式下

5、，该泵以最大流量输出，相当于定量泵使部压力最大。因此下边的分区液压缸数目为8个，上、用。在管片拼装过程中，由于要求推进缸伸缩速度快，左、右分区液压缸数目各为4个。图2为推进系统液而不需要太高压力，可利用双联叶片泵4为系统提供压缸的上分区原理图。在盾构机推进系统中，采用推低压大流量液压油，以提高管片的拼装效率。在盾构进液压缸分区控制可以进行盾构掘进方向控制及纠机施工过程中，通过推进缸位移传感器反馈液压缸实偏，在系统中对于每个独立分区都分别设有压力传感际行程，通过PLC计算实际运行速度，如果与给定信器和液压缸内置式的位移传感器，以实时检测各分区号产生偏差，利用偏差信号改变泵的排量使液压缸推的推

6、进压力及位移。采用比例减压阀进行分区控制以进速度与设定值相同，使盾构机按照给定的速度前进。收稿日期：2013—12—16；修回日期：2014-04-16作者简介：谢群(1965一)，女，辽宁沈阳人，教授，硕士，研究方向为流体传动与控制。学兔兔www.xuetutu.com·6O·机械工程与自动化2014年第5期调整盾构掘进机各区的推进压力，液压缸的推进和缩回7可以明显看出，推进系统的压力和流量受到冲击时，可以通过两位三通截止式电磁换向阀直接控制插装阀。超调量明显减小，控制效果明显得到改善。2推进系统的仿真分析30当盾构机要做转弯或者曲线前进时，分组液压缸l^25yV的动作均可通过三通阀控制

7、插装阀的开启而调定，被20选择的分区液压缸可以正常工作，没被选择的分区液皇压缸始终不动。为了简化分析且便于仿真，本研究将15插装换向阀模块简化为1个三位四通换向阀，省略部蚓10分插装阀只保留比例减压阀和执行元件液压缸，利用5HCD(液压元件设计模块)建立其HCD模型。单组推进系统简化控制模型如图3所示。在盾构机的推进过0246810程中，比例变量泵可以满足推进时速度不断调节的要t／s求，由比例减压阀控制分区的压力。在压力