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第卷第期机械工程学报..
年月.
基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统
胡国良龚国芳杨华勇
浙江大学流体传动及控制国家重点实验室杭州
摘要:推进系统是盾构的关键系统之一。设计了一种基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统,对推进液压缸
进行了分区控制,阐述了推进液压系统的工作原理及其控制方式。利用仿真软件对推进液压系统的压力
和流量特性进行了仿真分析,并在工程应用中进行了推进试验,仿真和工程实际应用表明所设计的推进液压系统
可实时控制推进压力和推进速度,可以满足盾构的掘进要求。
关键词:盾构推进液压系统压力流量复合控制仿真
中图分类号:
盾构推进液压系统,能实时调节施工过程中的推进
前言压力和推进速度,并在仿真和工程实际应用的基础
上进行了分析研究。
盾构是一种集机械、电器、液压、测量和控制
等多学科技术于一体、专用于地下隧道工程开挖的盾构推进液压系统设计
技术密集型重大工程装备。它具有开挖速度快、质
量高、人员劳动强度小、安全性高、对地表沉降和. 推进液压缸分区的确定
环境影响小等优点【之】。推进液压缸安装在盾构密封仓隔板后部,沿盾
随着南水北调西气东输等国家重大工程的开体周向均匀分布,作用在管片上,是推进系统的执
展,迎奥运北京地铁建设速度的加快,上海、广州行机构。其动力源由安装在盾构后部的液压泵提供,
等其他大中城市轨道交通的迅猛发展,对盾构的需并通过液压阀的控制来实现各种功能。
求越来越大。国家下决心要开发利用盾构技术,整盾构推进动力传递和控制具有大功率和变负载
合各方面的技术力量,促进盾构技术的发展【】。等特点,所需的液压缸数量较多,如果每个液压缸
推进系统承担着整个盾构机械的顶进任务,要都单独控制的话,成本就很高,而且控制比较复杂。
求完成盾构的转弯、曲线行进、姿态控制、纠偏以为此采用分区控制,即将为数众多的推进液压缸按
及同步运动,使得盾构能沿着事先设定好的路线前圆周均匀分成几个区。对每区的液压缸分别进行控
进,是盾构的关键系统之一】。推进系统的控制目制。如图所示,推进系统将个液压缸分为、
标是在克服盾构推进过程中遇到的推进阻力的前提、、四个区,根据上下土层和水压的不同,选
下,根据掘进过程中所处的不同施工地层土质及其择区中液压缸个数比区多。通过理论计算,
水土压力的变化,能够对推进压力和推进速度进行区和区各有个液压缸,区有个液压缸,
无级协调调节,使盾构在掘进过程中引起的地表沉
降量控制在要求范围,且能使施工隧道与隧道设计
轴线的偏差控制在允许范围内【。。
常规的压力控制能引起流量剧烈波动,导致盾
构推进速度不稳定;常规的流量控制又会引起压力:
振荡,使得液压缸推进压力不一致,从而导致盾构\
超挖,加剧土体扰动,增加地表变形。因此单纯的
压力控制或流量控制很难同时满足盾构在非线性变
负载工况下对推进压力和推进速度的复合控制要⋯
求。基于此,设计出一种基于压力流量复合控制的

· 国家杰出青年科学基金国家高技术研究发展计划
资助项目。收到初稿,收到修改稿图推进液压缸分区布置图
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年月胡国良等:基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统