文档介绍：专题研究
综合篇
盾构机推进系统分析与建模
Analysis and modeling about propulsion system in shield machines
于睿坤,李万莉,周奇才,陆文
YU Rui-kun, LI Wan-li, ZHOU Qi-cai, LU Wen
(同济大学机械电子研究所,上海;上海工程技术大学机械工程学院,上海)
[摘要]讨论了盾构机液压推进系统控制回路的结构、功能及工作原理。利用键合图理论建立了推进工况的
动态模型,并得到状态方程。通过求解状态方程,对盾构液压推进系统控制回路的响应进行了数值
仿真,分析其动态性能,并讨论了参数的变化对系统响应的影响。
[关键词]盾构机;推进系统;动态模型;数值仿真
盾构机(以下简称盾构)是集机械、电器、液性,从而增加成本,同时控制算法也会变得非常
压、测量、控制等多学科技术于一体的、专用于复杂,在实际应用中完全没有这个必要。在保证
地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程设备。控制效果的前提下,一般将液压缸进行编组,分
盾构掘进机依靠推进液压缸的推力前进,正确的为几个区,进行分区控制。
控制液压缸动作是盾构掘进机沿设计路线准确推本文以在法国盾构的基础上进行国产化设计
进的关键所在。推进系统既要满足盾构推进力的改造的盾构机为对象,进行分析研究。该盾构机
要求,又要完成盾构推进速度、方位的控制,单直径,液压推进系统共有个液压缸,分
纯的力控制系统或位置控制系统均无法满足其要为个区。各分区中液压缸的数量不完全相同,下
求,必须把两种控制方式综合起来共同完成盾构分区的液压缸的数量最多( 个), 上分区的液压
的控制任务。因此,对盾构掘进机液压推进系统缸的数量和左、右分区的液压缸的数量相同(均
进行分析、建模,研究其动态性能,就成为实现为个), 这是由盾构推进时各个分区所受阻力分
对盾构推进系统控制的首要、基础的任务。布不均引起的。其中盾构上边所受到的阻力最小,
盾构下边所受阻力最大。因此,液压缸的分布一
推进系统结构
1 般也是下分区数量最多,上分区数量最少。
盾构在掘进过程中,按指定的路线做轴向前液压泵提供的高压油流经由个插装阀和
进,由于土层土质条件的复杂性和施工过程中诸个二位四通电磁阀组成的组合阀(相当于三位四
多不可预见因素的作用,使盾构推进控制变得非通电磁换向阀)实现换向。然后液压油分路分
常复杂,整个盾构体受到的地层阻力不均,从而别进入个分区,经各自的减压阀后达到调定的
使盾构掘进时方向发生偏离;而且盾构掘进机有压力,再分为多路分别流经由一个插装阀和一个
时还要转弯和曲线行进,这要靠合理调节推进系二位三通电磁换向阀组成的组合阀(相当于二位
统各液压缸的推进压力,以得到所需扭矩来完成二通电磁换向阀), 从而控制每个液压缸的动作。
盾构姿态的调整,控制液压缸协调运动来实现。由于实际的液压推进系统图非常繁杂,在不影响
根据盾构直径的大小及工作压力的要求来设其原理和功能的前提下,为了叙述方便,将其进
计推进液压缸的大小和数量,若对每个液压缸进行简化为每个分区有个液压缸。简化后的液压
行独立控制,将会增加零件的数量和结构的复杂推进系统图如图所示。当三位四通电磁换向阀
建筑机械化