盾構(gòu)刀盤高效電液驅(qū)動技術(shù)研究.pdf

1、盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)可在不影響地面設(shè)施的前提下開展隧道施工的一體化作業(yè)，是面向國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)而研制的大型復(fù)雜裝備。隨著盾構(gòu)機(jī)技術(shù)的不斷提升，盾構(gòu)隧道施工方法得到了廣泛應(yīng)用。刀盤系統(tǒng)作為盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的關(guān)鍵子系統(tǒng)，不僅是耗能巨大，而且其性能還直接影響隧道施工的速度與安全。因此，刀盤驅(qū)動技術(shù)是盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文主要為提高刀盤系統(tǒng)的調(diào)速特性與效率特性，針對刀盤電液驅(qū)動系統(tǒng)開展優(yōu)化設(shè)計與優(yōu)化控制的研究。具體研究內(nèi)容如下:
　　第一章，介紹

2、盾構(gòu)機(jī)的施工原理與施工特點(diǎn);闡述盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，重點(diǎn)介紹近年來國內(nèi)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的研制狀況;概括現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)刀盤系統(tǒng)的主要驅(qū)動方式，對面向刀盤電液驅(qū)動系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)而開展的優(yōu)化設(shè)計研究與優(yōu)化控制研究，進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)分析;并進(jìn)一步提出本文的研究內(nèi)容。
　　第二章，設(shè)計一刀盤連續(xù)調(diào)速電液驅(qū)動系統(tǒng)。在分析傳統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)刀盤電液驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)速特性的基礎(chǔ)上，本章提出了一刀盤連續(xù)調(diào)速電液驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計方案。針對這一新型系統(tǒng)，設(shè)計一分段補(bǔ)償控制方法，數(shù)值分析

3、系統(tǒng)在該控制方法下的額定工作域特性。通過損耗建模方法，揭示刀盤液壓系統(tǒng)效率的分布特性，為系統(tǒng)節(jié)能提供參考。此外，還提出可通過優(yōu)化管路連接模式來提高刀盤液壓系統(tǒng)效率的方法。最后，通過建模仿真的方法，分析刀盤轉(zhuǎn)動慣量、管路模式與馬達(dá)排量對刀盤系統(tǒng)速度剛度特性與速度調(diào)節(jié)特性的影響，為刀盤電液驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與優(yōu)化控制提供理論指導(dǎo)。
　　第三章，提出一種刀盤電液驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化決策方法。通過分析傳統(tǒng)刀盤載荷參數(shù)，得到一刀盤載荷特征的定義方法

4、，并設(shè)計出刀盤載荷特征在線預(yù)測算法?；诂F(xiàn)場施工數(shù)據(jù)，對該新型預(yù)測算法的預(yù)測精度進(jìn)行了數(shù)值分析。通過實(shí)驗方法，揭示刀盤電液驅(qū)動系統(tǒng)在不同電機(jī)模式下的系統(tǒng)效率特性。結(jié)合刀盤載荷特征在線預(yù)測算法與系統(tǒng)效率特性分析結(jié)果，進(jìn)一步提出一刀盤電液驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)化決策方法。
　　第四章，開展刀盤電液驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)化控制分析。對某隧道的5個等間隔隧道段的掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化決策，并得到試驗臺的優(yōu)化控制模式。將5個隧道段的現(xiàn)場刀盤轉(zhuǎn)速與刀盤扭矩數(shù)據(jù)，經(jīng)相似

5、變換后加載到刀盤電液驅(qū)動試驗臺，測試并分析系統(tǒng)優(yōu)化前與優(yōu)化后的能耗特性與能量傳遞特性，以分析優(yōu)化決策方法的效率優(yōu)化特性。進(jìn)一步通過實(shí)驗，對刀盤電液驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動模式應(yīng)急切換（刀盤控制模式優(yōu)化失效時）時的電氣沖擊進(jìn)行分析。最后通過建模仿真，對刀盤系統(tǒng)在進(jìn)行驅(qū)動模式應(yīng)急切換過程中的轉(zhuǎn)速波動情況進(jìn)行分析。
　　第五章，對刀盤變轉(zhuǎn)速變排量電液驅(qū)動系統(tǒng)的效率特性進(jìn)行試驗分析。對一變轉(zhuǎn)速變排量泵控馬達(dá)試驗系統(tǒng)的額定工作域進(jìn)行數(shù)值分析。通過實(shí)

6、驗，分析該新型驅(qū)動方式的效率隨變量泵排量的變化而產(chǎn)生的變化，從環(huán)節(jié)角度揭示這一變化的原因，并得到系統(tǒng)在不同工作點(diǎn)的最高效率及其對應(yīng)的變量泵排量。通過優(yōu)化驅(qū)動，進(jìn)一步得到系統(tǒng)在全工作域內(nèi)高效工作的效率譜。將該效率譜與傳統(tǒng)變排量泵控馬達(dá)電液驅(qū)動系統(tǒng)的效率譜進(jìn)行對比分析，得到兩系統(tǒng)各自的優(yōu)勢效率工作域。此外，還對新型變轉(zhuǎn)速變排量泵控馬達(dá)電液驅(qū)動系統(tǒng)的待機(jī)功耗特性進(jìn)行實(shí)驗分析。最后，提出一種刀盤變轉(zhuǎn)速變排量電液驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計及驅(qū)動方案。