對盾構(gòu)機推進液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析

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1、學兔兔www.xuetutu.com第5期(總第186期)機械工程與自動化N0．52014年lO月MECHANICALENGINEER1NG＆AUT0MAT10N0ct．文章編號：1672—6413(2014)05—0059—02盾構(gòu)機推進液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析謝群，張俊輝，司寶玉，楊春洋。(1．沈陽理7-大學機械7-程學院，遼寧沈陽110168；2．北方重工集團有限責任公司盾構(gòu)機分公司，遼寧沈陽110141；3．沈陽機床集團有限責任公司，遼寧沈陽110042)摘要：對盾構(gòu)機推進液壓系統(tǒng)做了詳細的介紹，闡述了其系統(tǒng)組成及工作原理。該系統(tǒng)應(yīng)用電液比例控制技術(shù)實現(xiàn)了推進力和位移的控制。通過對推

2、進系統(tǒng)的仿真分析表明：采用電液比例泵和比例減壓閥的控制策略，滿足了系統(tǒng)的推進速度和壓力要求。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機；推進液壓系統(tǒng)；設(shè)計；仿真中圖分類號：TU621：TP391．9文獻標識碼：A0引言主泵還具有二級遙控壓力切斷功能，管片拼裝模式的盾構(gòu)掘進機已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水最大切斷壓力由溢流閥11調(diào)定，推進模式的最大切斷電等隧道工程。盾構(gòu)機在實際施工過程中，不同施工壓力由溢流閥12調(diào)定，通過三位四通換向閥10換向，地層土質(zhì)及其土壓力的變化會對推進速度及推進壓力控制二級壓力轉(zhuǎn)換，這樣可以對系統(tǒng)進行過壓保護。產(chǎn)生很大影響。另外，在盾構(gòu)機實際推進過程中，根據(jù)施工要求，還要做出許多動作，比

3、如前傾、后仰、轉(zhuǎn)彎和曲線行進，這些都會導(dǎo)致盾構(gòu)機的前進方向和設(shè)計軸線產(chǎn)生一定偏差。為了滿足實際施工需要，本文對推進速度控制采用比例變量泵來實現(xiàn)；推進壓力控制采用分區(qū)比例減壓閥來實現(xiàn)，并采用AMESim軟件分析了系統(tǒng)及其操作流程，以保證系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定高效工作。1盾構(gòu)機推進液壓系統(tǒng)設(shè)計1．1推進液壓系統(tǒng)的動力單元設(shè)計推進油缸在實際工作過程中有兩種模式：推進模式和管片拼裝模式。推進模式要求推進力較大、速度1，5一吸油過濾器；2一比例變量泵；2．1一負載敏感缸；2．2一小變量缸；較低；管片拼裝模式為了提高效率，要求推進缸伸縮速2．3一比例換向閥；2．4一壓力切斷閥；3一電機；4一雙聯(lián)葉片泵；度快而壓

4、力不是很高。結(jié)合這種特殊工作模式，得到6，7一電磁溢流閥；8，9一壓力表；10一三位四通換向閥；推進液壓系統(tǒng)的動力單元如圖1所示。動力單元由311，12，13一溢流閥；14，15一單向閥；16一測壓接頭圖1推進液壓系統(tǒng)的動力單元臺泵組成，主泵2采用比例變量泵，它主要為系統(tǒng)提供l_2推進系統(tǒng)的液壓缸分布形式高壓低流量液壓油，擔任主要的推進任務(wù)。在推進模推進系統(tǒng)由20個液壓缸分為4個區(qū)控制，其中下式下，操作手通過控制主控室的電位計旋鈕，直接控制邊分區(qū)液壓缸承受開挖力最大，這是由于盾構(gòu)推進時變量泵的斜盤擺角，進而實現(xiàn)推進速度的控制；在管片周向阻力分布不均而造成的，周向阻力呈梯形分布，下拼裝模式下

5、，該泵以最大流量輸出，相當于定量泵使部壓力最大。因此下邊的分區(qū)液壓缸數(shù)目為8個，上、用。在管片拼裝過程中，由于要求推進缸伸縮速度快，左、右分區(qū)液壓缸數(shù)目各為4個。圖2為推進系統(tǒng)液而不需要太高壓力，可利用雙聯(lián)葉片泵4為系統(tǒng)提供壓缸的上分區(qū)原理圖。在盾構(gòu)機推進系統(tǒng)中，采用推低壓大流量液壓油，以提高管片的拼裝效率。在盾構(gòu)進液壓缸分區(qū)控制可以進行盾構(gòu)掘進方向控制及糾機施工過程中，通過推進缸位移傳感器反饋液壓缸實偏，在系統(tǒng)中對于每個獨立分區(qū)都分別設(shè)有壓力傳感際行程，通過PLC計算實際運行速度，如果與給定信器和液壓缸內(nèi)置式的位移傳感器，以實時檢測各分區(qū)號產(chǎn)生偏差，利用偏差信號改變泵的排量使液壓缸推的推

6、進壓力及位移。采用比例減壓閥進行分區(qū)控制以進速度與設(shè)定值相同，使盾構(gòu)機按照給定的速度前進。收稿日期：2013—12—16；修回日期：2014-04-16作者簡介：謝群(1965一)，女，遼寧沈陽人，教授，碩士，研究方向為流體傳動與控制。學兔兔www.xuetutu.com·6O·機械工程與自動化2014年第5期調(diào)整盾構(gòu)掘進機各區(qū)的推進壓力，液壓缸的推進和縮回7可以明顯看出，推進系統(tǒng)的壓力和流量受到?jīng)_擊時，可以通過兩位三通截止式電磁換向閥直接控制插裝閥。超調(diào)量明顯減小，控制效果明顯得到改善。2推進系統(tǒng)的仿真分析30當盾構(gòu)機要做轉(zhuǎn)彎或者曲線前進時，分組液壓缸l^25yV的動作均可通過三通閥控制

7、插裝閥的開啟而調(diào)定，被20選擇的分區(qū)液壓缸可以正常工作，沒被選擇的分區(qū)液皇壓缸始終不動。為了簡化分析且便于仿真，本研究將15插裝換向閥模塊簡化為1個三位四通換向閥，省略部蚓10分插裝閥只保留比例減壓閥和執(zhí)行元件液壓缸，利用5HCD(液壓元件設(shè)計模塊)建立其HCD模型。單組推進系統(tǒng)簡化控制模型如圖3所示。在盾構(gòu)機的推進過0246810程中，比例變量泵可以滿足推進時速度不斷調(diào)節(jié)的要t／s求，由比例減壓閥控制分區(qū)的壓力。在壓力