基于恒压网络的双圆盾构EPB模拟实验系统建模及仿真

　　0　引言

　　盾构土压平衡(EPB, Earth-Pressure-Balance)系统的工作特性对盾构施工质量和效率有重要的影响。为了能经济、安全地研究盾构EPB系统的特性,本研究前期根据相似性准则,搭建了单圆盾构EPB模拟实验系统[1],并将恒压网络二次调节技术应用于模拟实验系统中[2]。实验研究表明,这类基于恒压网络二次调节技术的盾构EPB模拟实验系统与传统的泵控马达式的盾构EPB模拟实验系统相比,具有响应速度快、节能等优点。

　　双圆盾构是一种由两个圆形断面组成的新型盾构,该盾构可一次施工双线隧道,与单圆盾构施工双线隧道相比,具有施工速度快、土方挖掘量少、隧道断面面积利用率高等优点,是一种较为经济合理的隧道施工机械。为了研究恒压网络二次调节技术在双圆盾构中的工作特性,本文作者首先采用功率键合图建模方法,建立基于恒压网络的单圆盾构EPB模拟实验系统仿真模型,并验证其有效性。然后利用仿真模型不受物理条件限制的优点,在此模型基础上构建了基于恒压网络的双圆盾构EPB模拟实验系统的仿真模型,为开展双圆盾构EPB模拟实验系统仿真研究提供条件。

　　1　单圆盾构EPB模拟实验系统建模及仿真

　　1·1　单圆盾构EPB模拟实验系统组成

　　首先建立的基于恒压网络的单圆盾构EPB模拟实验系统组成如图1所示。用泵1、泵5吸排油来模拟土仓进土、出土工况,用泵1排油腔压力模拟土压,飞轮11模拟螺旋输送机的惯性负载,溢流阀7模拟排土负载,节流阀10模拟粘性负载。变量泵21作恒压变量泵,与蓄能器15组成恒压油源,调节二次元件13排量以改变驱动力矩,从而达到对转轴转速的控制。实验时,二次元件以马达工况在一定转速下运转,模拟螺旋输送机的排土运转。开始制动时,换向阀6处于右位,模拟实际系统制动时土料与螺旋叶片摩擦所造成的粘性负载,同时换向阀17处于右位,截断主泵的能源供给,由计算机控制二次元件13排量使其转换为泵工况,在飞轮11的惯性转动带动下向蓄能器15回馈压力油。

　　1·2　单圆盾构EPB模拟实验系统建模

　　图2是在前期研究基础上[3],所建立的基于恒压网络的单圆盾构EPB模拟实验系统的功率键合图,其中Sf、MSf代表进土泵1、变量泵21,两TF对应排土泵5,Rlp1、Rlp2、Rlp3及Rlpm分别为变量泵21、排土泵5、进土泵1及液压马达13的内泄漏液阻。MTF代表液压马达的转换作用。Row、Rof为单向阀18与滤油器19的液阻,Rm为油液进入蓄能器15液阻,Rf为马达轴机械阻尼,Rr1为溢流阀7液阻,开始制动时,则用电液比例节流阀10的液阻Rr2取代溢流阀液阻。Ce是变量泵21出口与滤油器及中间管道的合并液容,Cm为蓄能器15的液容。Cpl是进土泵出口与排土泵入口间的液容。Im为蓄能器15中油液的质量,Ishaft为飞轮11的转动惯量。