刍议高效节能技术在盾构液压系统中应用

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1、刍议高效节能技术在盾构液压系统中应用　　摘要：介绍了高效节能技术的原理二次调节技术、泵控调速技术、能量回收技术、负载敏感技术等及其应用现状在盾构液压系统中，管理的节能措施与盾构液压系统使用进行总结，并对盾构液压节能技术的发展趋势进行了展望。关键词：盾构；高效节能技术；液压系统；发展趋势中图分类号：U455.43文献标识码：A当前日益受到人们重视的节能和能源问题，节能设计液压系统也成为所关注的液压技术工作者要解决的重大课题。通过进行改进液压系统的执行元件、控制元件、工作介质等方面可提高能量的利用率，是实

2、现高效节能的主要途径，实现能量回收借助于辅助设备使得再次利用能量，达到良好的节能效果。二次调节技术、泵控调速技术、能量回收技术、负载敏感技术、压力匹配技术等为常用的液压节能技术。一、工程概述杭州市地铁1号线16、17号盾构区间工程包括【九堡东站～下沙西站】区间单圆盾构隧道、区间风井以及联络通道、泵站等附属结构；【下沙东站～文泽路站】区间单圆盾构隧道、联络通道、泵站等附属结构。其里程如表1。表1【九堡东站～下沙西站】、【下沙东站～文泽路站】区间里程表7区间里程长度备注九堡东站～下沙西站K28+571.3

3、26～K31+573.4473002.12K29+599.644、K30+656.45、K31+235.822处设一个联络通道，K30+080处设一个风井兼联络通道（含泵房），K29+152.5处设一个联络通道兼泵房。下沙东站～文泽路站K33+926.498～K35+48.2681121.77K34+500处设一个联络通道兼泵房。二、泵控调速技术具有功率效率高、损失小、调速及节能方便、发热量小等特点的泵控马达容积调速系统，大功率液压伺服系统中被广泛应用。（一）、PID控制技术PID控制技术即是在工程实

4、际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制。是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。PID使用方便、控制原理简单，可根据过程动态特性及时调整其参数，PID参数的调节、适应性强和对系统优化决定了控制性能最终能达到的目的，而控制系统设计的核心内容是PID参数整定。对PID控制器参数在泵控马达容积调速系统中通过非线性控制设计模块NCD在Matlab/Simulink中与Z-N整定方法进行优化设计，系统的稳定性得到提高。7（二）、变频技术结合了液压传动控制和电气控制两方面优

5、势的变频容积调速系统，与传统的相比，具有性能良好、节能高效，价格合理，控制方便等一系列优点。液压容积调速系统在变频技术的基础上，既能直接容积调速双重节能和获取变频调速的效果，又能满足速度控制要求，其控制结构图如图1所示。图1变频容积调速控制结构图在对变频调速技术分析的基础上，交流变频容积调速回路通过实验验证具有分辨率高、调速范围宽，抗污能力强，节能性好，计算机控制等优点很容易实现。并对交流变频容积调速回路的调速特性进行分析，并为了提高液压马达的转速稳定性及响应速度采取模糊控制策略。三、在液压系统刀盘驱

6、动中的应用随着工业技术的发展盾构刀盘的液压驱动技术在不断进步，多马达驱动的冗余干涉问题成功被解决，液压回路从节流调速的阀控回路到容积调速的泵控回路的发展，大大降低了能耗。闭式容积调速回路由变量马达和变量泵组成的完成是刀盘的转速控制。其液压原理图如图2所示。图2两种刀盘容积调速驱动方式7为了实现刀盘的扭矩控制、方向控制和转速控制，可采用泵控马达调速方式。这种回路调速范围宽，采用恒扭矩调速模式在0~1.5r/min，采用恒功率调速在1.5~3r/min，通过软件编程可以实现。为了使所选泵的排量有效减小，采

7、用此种方法，且使系统的成本降低。四、二次调节技术一种闭环控制静液传动方案即二次调节闭环控制，非常有效的对静液传动系统的效率进行改善，这种调节技术不但对工作机构的重力势能和制动动能可以进行重新与回收利用，而且还能实现功率适应。二次调节静液传动系统工作原理以图3说明，它是为了改变马达排量通过对输出端可逆式二次元件（柱塞泵）的调节斜盘倾角，在伺服阀的输入电压的控制之下使马达倾角变化。图3二次调节静液传动系统图在盾构FPB螺旋输送电液控制系统中应用二次调节原理不仅能使取得的惯性能回收效果明显，还对系统土压控制

8、品质能够改善。其电液控制原理图如图4所示。图4螺旋输送机液压系统原理图五、负载敏感技术负载敏感技术，就是匹配起负载所需的压力、流量与泵源的压力流量，一种高效节能技术使系统效率最大程度提高。分为泵控负载敏感系统和阀控负载敏感系统两种的负载敏感液压系统，液压原理图分别如图5所示。相比阀控负载敏感系统，效率更高的是泵控负载敏感系统。7采用负载敏感控制技术在液压系统盾构推进主油路中，即采用恒压变量泵带远程压力控制的为驱动泵，将负载变化信号通过压力传感器检测出，对