盾构刀盘驱动模拟装置液压系统设计与研究

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1、液压气动与密封／2014年第02期盾构刀盘驱动模拟装置液压系统设计与研究冯欢欢，王助锋，张合沛，陈桥(中铁隧道集团盾构及掘进技术国家重点实验室，河南郑州450001)摘要：论述了一种盾构刀盘驱动模拟装置液压系统工作原理，从变量泵、电机及液压马达选型、发热计算等方面对其液压系统进行了设计与研究，并根据实验需求，按照等比缩放原则，设计了模拟刀盘惯性负载的惯性轮。该模拟装置，能够为进行盾构刀盘驱动液压控制系统的研究提供可靠的实验平台。关键词：盾构；刀盘驱动；液压系统；模拟装置；实验平台；设计中图分类号：TH137．9文

2、献标识码：A文章编号：1008—0813(2014)02—0014—03DesignandStudy011theHydraulicSystemofaShieldCutterDriveSimulatorFENGHuan—huan，WANGu币ng，ZHANGHe-pei，CHENQiao(StateKeyLaboratoryofShieldMachineandBoringTechnology，ChinaRailwayTunnelGroup，Zhengzhou450001，China)Abstract：Thehydr

3、aulicsystemworkingprincipleofashieldcutterdrivesimulatorwasexpounded，whichwasdesignedandstudiedfromtheaspectsofvariablepump，electricmotor,andhydraulicmotorselection，heatcalculation，andSOon．Basedontheexperimentalrequirements，inertiawheelwasdesignedonaprorataba

4、sis，whichwasusedtosimulatetheinertialoadofcutter．Thesimulatorwillprovidereliableexperimentalplatformforresearchingonthehydraulicsystemofshieldcutterhead．Keywords：shield；cutterhead；hydraulicsystem；simulator；experimentalplatform；design0引言变量泵的排量及方向来调节刀盘转速及转向．进行刀

5、盘泵控马达调速实验。变量马达4为弯轴结构式轴向盾构刀盘驱动液压系统是一个具有大功率、大时柱塞变量马达．排量通过内部集成比例阀进行控制．其滞性、功率变化范围宽等特点的非线性时变系统。其外输出轴装有力矩转速传感器14．可实时检测刀盘的转负载也随开挖面地质条件的变化而实时变化如果采速和输出力矩．回路中的压力传感器可以实时检测系用阀控马达的系统形式．系统功率必然按所需的最大统的压力，根据转速和压力(或转速和马达输出力矩)功率设计，在遇到欠负载工况时，系统效率低下．大量制定各种控制策略，对刀盘转速进行实时控制。其基本的功率

6、将通过热的形式耗散，使系统发热严重[1-5]。采用全局功率自适应的泵控马达系统是解决这一问题的有液压原理如图1所示效途径，也是盾构液压控制技术的发展趋势[6-10]。为更好负载模拟部分的惯性负载由惯性轮模拟．盾构掘研究并推广泵控马达技术在盾构刀盘驱动系统中的应进时刀盘切削土体和克服摩擦的扭矩则由液压泵7施用．本文针对一种盾构刀盘驱动模拟实验装置的液压加，扭矩大小通过调整比例溢流阀13来控制：另外，通系统进行了设计与分析过改变比例溢流阀l3的输入信号可获得不同的扭矩加载形式。由于加载回路溢流阀在进行加载时会产生1工

7、作原理大量热量．故在其出口处装有冷却器l2．通过冷却器强盾构刀盘驱动模拟实验装置液压系统主要由驱动制冷却回路．从而保证加载闭式回路温升在允许范围部分和负载模拟部分组成变量柱塞泵3与变量马达4之内。共同组成驱动系统．在进行刀盘驱动实验时，通过改变2液压系统设计基金项目：国家973计划课题(2012CB724308)；国家国际科技合作专项刀盘实验系统按照系统压力：≥30MPa．单泵流量：(2011DFB71550)≥50L／min的要求进行设计在实验系统中．由于需要收稿13期：2013—06—18进行不同负载条件下的

8、刀盘驱动模拟实验．因此该加作者简介：冯欢欢(1987一)，男，湖北随州人，助理工程师，硕士，主要从事盾构液压系统设计与研究载系统需具备变惯性负载、变力矩负载加载的功能。其14HydraulicsPneumatics＆Seals，NO．02．20141一电机2一联轴器3一电控变量柱塞泵4一双向变量马达5一齿轮箱6一惯性加载轮7一定量泵8一直动式溢流阀9、lO一单向阀l1一直