盾構刀盤驅動系統(tǒng)節(jié)能技術研究.pdf

1、盾構掘進機是一種專門用于地下隧道工程的現(xiàn)代化重大工程裝備?，F(xiàn)代盾構掘進機集液壓、機電控制、材料、計算機等技術于一體,具有自動化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、減少對地面建筑物的影響等特點,被廣泛應用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電隧道等工程建設中。液壓傳動以其傳動平穩(wěn)、調速方便、功率體積比大等優(yōu)良特性在許多領域獲得了廣泛的應用,但是液壓傳動系統(tǒng)的能量利用率低,特別是盾構掘進機這種典型的大功率設備能耗巨大。因此,對盾構掘進機液壓驅動系統(tǒng)進行節(jié)

2、能研究具有重要的現(xiàn)實意義。為了減少研究成本、降低現(xiàn)場操作風險,有必要建立盾構模擬實驗平臺對盾構掘進機的關鍵技術進行研究。
　　 論文以盾構刀盤模擬實驗系統(tǒng)為研究對象,模擬實際盾構在施工過程中刀盤所遇到的不同工況,對盾構刀盤模擬實驗平臺進行了原理設計、元件選型、實驗臺監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設計。通過對模擬刀盤系統(tǒng)進行仿真和實驗,重點研究盾構刀盤變轉速液壓驅動和變排量液壓驅動系統(tǒng)在不同工況下的能量損耗對比,進而揭示盾構刀盤系統(tǒng)的能量傳遞規(guī)

3、律,為新一代節(jié)能性盾構的研制提供理論基礎。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 第一章介紹了盾構掘進機的工作原理及其結構組成,綜述了盾構掘進機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢,然后結合論文的研究內(nèi)容詳細介紹了盾構刀盤液壓驅動系統(tǒng),對其節(jié)能性研究概況進行了詳細敘述,最后,針對目前盾構節(jié)能化發(fā)展的背景及本實驗系統(tǒng)的設計原理提出了本課題的研究意義和主要研究內(nèi)容。
　　 第二章根據(jù)所要研究的內(nèi)容設計了盾構刀盤半物理仿真實驗平臺,闡明了

4、其液壓系統(tǒng)工作原理,并對關鍵液壓元器件進行了設計計算和選型。對實驗臺的電控部分進行了軟硬件設計,并利用LabVIEW軟件對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序進行了編程設計。
　　 第三章分別建立了變轉速泵控馬達調速系統(tǒng)和變排量泵控馬達調速系統(tǒng)的數(shù)學模型,給出了數(shù)學模型推導的全過程。根據(jù)實驗臺系統(tǒng)的組成,建立了各傳遞環(huán)節(jié)的動態(tài)方程,得出了系統(tǒng)的時域數(shù)學模型,并在此基礎上建立了兩種系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。
　　 第四章分析了盾構刀盤液壓驅動系統(tǒng)

5、的能量傳遞鏈組成,對系統(tǒng)中的各傳遞環(huán)節(jié)進行了能耗分析和功率特性分析,給出了電動機的效率及泵的容積效率和機械效率的數(shù)學表達式,并深入分析了各環(huán)節(jié)對整個系統(tǒng)的影響,揭示了盾構刀盤掘進動力系統(tǒng)驅動源、傳動鏈及執(zhí)行機構之間的能量傳遞規(guī)律,闡明了盾構刀盤調速系統(tǒng)的節(jié)能原理,為下一步的仿真及實驗研究奠定了理論基礎。
　　 第五章以盾構刀盤半物理仿真實驗平臺為基礎,對變轉速調速系統(tǒng)和變排量調速系統(tǒng)的效率情況進行了模型仿真和實驗研究。通過分析實