盾构机推进液压系统仿真分析

　　1. 前言

　　盾构掘进机是一种用于地下隧道工程开挖的复杂机电系统，具有开控切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全性高、对地表沉降和环境影响小等优点，比之传统的钻爆法隧道施工具有明显的优势，有着良好的综合效益。

　　推进系统承担着整个盾构机械的顶进任务，要求完成盾构掘进机的转弯、曲线行进、姿态控制、纠偏以及同步运动，使得盾构掘进机能沿着事先设定好的路线前进，是盾构机的关键系统之一。

　　考虑到盾构掘进机具有大功率、变负载和动力远距离传递及控制特点，其推进系统都采用液压系统来实现动力的传递、分配及控制。

　　本文针对盾构推进液压系统的工况要求采用AMESim 仿真工具进行了系统的相关分析研究。仿真结果对实际系统的设计具有重要意义。

　　2 推进液压系统原理介绍

　　盾构机推进液压系统原理图如图 1 所示。比例溢流阀 3 调节液压缸压力，达到压力控制;比例调速阀14 来调节进入系统的流量，达到速度控制;三位四通电磁阀 12 实现推进缸的推进、后退和停止状态;插装阀 1 可以为推进油缸的快速运动时提供快速流通通道，减少液压油进入液压缸的沿程压力损失。插装 13可以实现为推进缸快速退回提供快速流通通道，减小液压油回程阻力。溢流阀 10 可以对系统起缓冲作用，当液压缸进行推进的瞬间进油口会出现瞬时的过载，这样溢流阀就会立即开启形成短路，使进、回油路自循环，过载油液得到缓冲;二位二通阀 7 通电可以对故障中液压缸进行卸载检修，减小卸载中的压力冲击。阻尼孔用来调节插装阀的开启速度，改变插装阀的静动特性和减小液压冲击，同时可防止二位二通阀 7 卸载时产生的压力冲击。阻尼孔的直径范围一般为 0.8～2.5mm。　

　　3 推进液压系统仿真分析

　　3.1 仿真模型

　　盾构推进时，系统的插装阀 1 处于关闭状态，三位四通阀 12 置于右位，液压油通过比例调速阀 14 和三位四通阀 12 流入液压缸无杆腔，有杆腔液压油通过三位四通阀 12 和比例溢流阀 1 流回油箱。当盾构掘进时，插装阀 1 打开，三位四通阀 12 置于左位，液压油流入液压缸有杆腔，使油缸回退。通过比例液流阀和比例调速阀来设定系统的压力和调节系统的速度。为简化分析且便于仿真的进行可以省略插装阀 1，插装阀 13 和三位四通阀 12，得到简化原理图如图 2 所示。