盾构推进液压系统同步协调控制仿真分析

　　盾构是一种集机械、电器、液压、测量和控制等多学科技术于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备。它具有开挖速度快、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，与传统的钻爆法隧道施工相比更具有明显的优势，尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构 。

　　推进系统是盾构的关键系统之一，主要承担着整个盾构的顶进任务，要求完成盾构的转弯、曲线行进、姿态控制、纠偏以及同步运动等。

　　推进系统的控制目标是在克服盾构推进过程中遇到的推进阻力的前提下，根据掘进过程中所处的不同施工地层土质及其土压力的变化，能够对推进速度及推进压力进行无级协调调节，使得盾构在掘进过程中尽可能达到同步推进，避免不必要的超挖和欠挖。为了达到控制要求，推进液压系统要求能够在非线性变负载工况下实现压力和流量的实时控制，并要求具有高的可靠性。基于此，本文对推进液压系统的同步协调控制作了相关仿真分析研究。

　　1 推进液压系统集成设计

　　盾构推进液压系统比较复杂，属于变负载、大功率、小流量的应用场合。本系统在主油路上采用变量泵实现负载敏感控制；对于6个执行元件液压缸，将其分为6组，进行分组控制，以完成全推进、单个前进或后退、双个前进或后退等动作。各个分组的控制模块都相同，均由比例溢流阀、比例调速阀、电磁换向阀、辅助阀及相关检测元件等组成。图1为推进液压系统单个分组的工作原理图。

　　1.二位二通电磁换向阀 2.比例调速阀 3.比例溢流阀 4.平衡阀 5.压力传感器

　　6.液压缸 7.位移传感器 8.液压锁 9.三位四通电磁换向阀

　　盾构推进时，二位二通电磁换向阀l断电，系统压力油经比例调速阀2流出，此时三位四通电磁换向阀9切换到工作状态B位置，液压缸6的活塞杆向前运动。推进过程，液压缸6中的内置式位移传感器7实时检测推进位移，转换成电信号反馈到比例调速阀2的比例电磁铁上，控制比例调速阀2中节流口的开度，从而实现推进速度的实时控制，此时系统中多余的流量可从比例溢流阀3中流出。为了实现姿态调整，还必须实时控制推进压力，此时可由压力传感器5检测液压缸6的推进压力，转换成电信号反馈到比例溢流阀3的比例电磁铁上，控制比例溢流阀3的节流口开度来实现。分组中的比例溢流阀3和比例调速阀2与压力传感器5和位移传感器7一起构成压力流量复合控制，可实时控制推进系统的推进速度和推进压力。