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盾构刀盘驱动液压系统的实验研究

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  1 引言

  盾构主要用于软土、砂砬和强风化岩层及含水的混合地层隧道掘进。主要由盾体、刀盘及驱动系统、螺旋输送系统、液压推进系统、管片拼装系统、同步注浆系统以及盾尾密封装置等构成。

  盾构掘进过程中,负载是随断面的土质状况变化的,切削硬岩和切削软土所需的切削扭矩变化很大(见表1)。

  表1 上海地铁工程盾构推进时刀盘扭矩统计表

  可见,盾构刀盘驱动所需功率大且功率变化范围宽。

  2 刀盘驱动液压系统原理

  如图1所示刀盘驱动液压系统。采用电比例功率自适应泵控马达技术,实时检测刀盘的转速,根据合适的策略控制变量缸位移,继而控制变量泵的排量,形成按负载工况变化需要进行刀盘转速的连续实时控制。

  液压系统设计成开式回路,可适应两种工况,即软岩工况时蹬低速大转矩和硬岩工况时的高速小转矩。两种工况转换可通过控制电磁换向阀6来实现.当电磁铁断电时,溢流阀7.1确定系统最高压力,此时,系统压力设定为10 MPa,输出转矩小,但流量大(最大为300 L/min),输出转速高;当电磁铁通电时,溢流阀7.2确定系统最高压力,此时,系统压力设定为2OMPa,输出转矩大,但流量小,输出转速低。刀盘转速通过调节变量泵2的排量实现,检测液压马达的输出转速,检测信号反馈到变量泵的比例阀上,构成速度闭环控制系统。液压马达5.1和5.2的正反转可通过电液换向阀3来控制。

  系统采用某公司的A1lVO 260 LRDU2恒功率比例变量泵。泵的排量在其整个范围内可无级调节.并与比例电磁铁的控制电流成比例。恒功率控制优先于变量控制,如果设定流量或工作压力使功率曲线超过,则恒功率控制取代电控变量并按照恒功率曲线减小排量。当低于功率曲线时,排量受控制电流的调整,泵输出的流量只与输入控制信号相关,而不受负载压力变化的影响。变量调节特性如图2所示。

  1.电机2.变量泵3、6.电磁换向阀

  4.液压马达5.减速机7.溢流阀

  图1 液压原理图

  图2 变量调节特性

  3 模拟盾构实验平台

  实验装置如图3所示,包括模拟土箱、模拟盾构机、主顶、土体加压泵站、模拟盾构机泵站和控制室。

  模拟土箱内的土能够通过水囊进行加压,实现对不同土压的模拟。模拟盾构机由主顶推进,模拟盾构泵站包括刀盘与螺旋机驱动泵站和主顶驱动泵站。模拟土箱内的多个断面布置有压力传感器,刀盘转速通过在刀盘上布置2个接近开关进行测量,主顶的位移通过布置在液压缸内的位移传感器测量。

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标签: 盾构机
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