对于全断面掘进机综合试验台加载液压系统设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com垒断面强进机综含试验台加载液压系统设计施虎，周如林，张瑞临2邓立营(1．浙江大学流体传动及控制国家重点实验室；2．北方重工集团有限公司沈重盾构机分公司)摘要：为模拟掘进机的掘进过程，设计开发全断面掘进机综合试验台，其中用于模拟地质环境的模拟系统由土箱、加载系统和密封部分组成。介绍加载系统的设计思路、主要功能特点和参数。为实现加载系统压力实时可调以模拟不同地下深度的水土压力，同时兼顾加载过程中系统的稳定性和快速性，采用液压加载。利用AMESim软件对压力控制油路进行仿真，比较加载过程中不同压力控制方式的性能差别和特点，分析液压缸加载的控

2、制原理，决定选择比例溢流阀压力控制方式。完成分区控制的液压加载系统的整体设计和元件选型，以及液压泵站的三维集成设计。关键词：掘进机；试验台；加载；液压系统研发全断面掘进机时，往往需要针对具体地质出的力作用在土表面上产生压力。如图1和图2所条件及其他工程要求进行个性化设计，掘进机地质示，加载系统主要由加载液压系统、加压钢板、承受适应性设计技术在掘进机的发展中格外重要。隧道加载反力的横梁等结构组成。工程地质条件的多样性决定了掘进机结构形式和图中所示的土箱置于地下，采用高强度钢筋}昆性能参数的多样化，使掘进机的设计变得非常复凝土浇铸而成，能够承受加载过程中不同土质条件杂。现有

3、数学和力学模型难以描述掘进载荷、掘进下的侧向土压力。执行加载任务的液压缸共有96过程中结构、力学参数的变化，而在施工现场进行试验又需要付出非常大的经济代价和承担非常高的技术安全风险。因此，物理模拟试验是掘进机关键技术进步的基础，是提高掘进机系统可靠性的有效手段。全断面掘进机综合试验台，可以完整模拟和再现掘进过程，试验台主要包括地质环境模拟、掘进、后配套、电控和数据采集等几大系统。其中的地质环境模拟系统由土箱、加载系统和密封部分组成，土箱内装满模拟特定地质条件所需要的土，试验图1土箱及加载系统截面图时，根据需要注入一定压力的高压水，顶部加载系统作用加载力，用以模拟一定深度

4、的地质条件，掘进机从下面穿越土箱开展相关试验。本文分析试验台加载部分的具体功能要求，在对比不同液压压力加载系统的应用特点基础上，完成了试验台加载液压系统的设计。1加载系统概述加载系统采用液压方式加载，直接将液压缸输图2土箱及加载系统俯视图基金项目：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研究。一39—学兔兔www.xuetutu.com个，呈16x6形式分布，共有l6根横梁，每根横梁上2加载液压系统设计安装有6个液压缸。为实现分区加载压力控制，加载液压缸做了如图2所示的分区，6个

5、液压缸为1根据加载系统的功能要求，本试验台采用液压个区，图中只示出了第一、二两区，每区中间的液压控制的加载方式。由于要求加载压力实时可调，该缸安装位移测量元件，用于检测掘进机掘进过程中加载系统属于典型的电液比例压力控制系统。系统地表的变形情况。共有16个压力控制分区，每区采用1个比例压力阀如图3所示，承受加载反力的横梁是采用钢板控制区内6个液压缸的输出压力，从而控制土箱内焊接而成的箱式结构体，液压缸半内置于箱式横梁的土压力分布，实现多段、多点加载以模拟复杂地内，横梁两端与固定在土箱侧壁上的底板铰接。质环境。液压加载系统的参数如下：铤制横梁系统总功率(kw)40．5工作压

6、力(MPa)25最大速度(m／s)0．05高压小流量齿轮泵型号IGP一2—25低压大流量齿轮泵型号CB—B350液压缸型号GGK1-220／125缸径／杆径(mm)22o／125图3加载横梁三维效果图数量(个)961．1主要参数2．1比例压力控制系统加载系统配合土箱完成掘进地质环境模拟任在电液比例控制系统中，常见的有两种压力控务，由布置于土箱顶部的液压加载装置提供模拟负制系统[21，即比例溢流阀压力控制系统和比例减压载。加载系统主要参数如下：阀压力控制系统，如图4所示。两种系统均能满足加载作用总面积(长×宽)(m)20x7=140本试验台加载系统压力控制的要求，且各具特

7、色[31。加载系统最大输出压力(MPa)0．65为了选择一种更合适土压模拟加载的压力控制系单个液压缸输出力(kN)950统，通过在AMSim软件中建模仿真，对两种压力控分区加载控制单区尺寸(长X宽)(mxm)2．5x3．5制系统进行了对比，仿真结果如图5所示。1．2功能描述由图5可以看出，两个压力加载系统压缩土体加载系统的主要功能可概括为：所用时间相同，约为30S，达到加载压力后系统工作(1)全面加压。土箱整个上表面均布载荷以模压力稳定在25MPa。在第35s时刻，模拟隧道掘进拟静态地质环境。时的地面隆起给负载施加了一个大小为1em的方(