盾构刀盘驱动液压系统的实验研究
盾构刀盘驱动液压系统的实验研究
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)。
可见，盾构刀盘驱动所需功率大且功率变化范围宽。
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，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20MPa，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A11VO 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。
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。
EPB盾构刀盘结构及其液压驱动系统的研究的开题报告
EPB盾构刀盘结构及其液压驱动系统的研究的开题报告一、研究背景及意义盾构机是城市基础设施建设中常用的隧道开挖工具。
在盾构机中，刀盘是其核心部件，负责破碎地层。
现有盾构机刀盘结构主要分为钻头式和剪刀式两种。
随着市政隧道规模的加大，传统刀盘结构往往难以胜任重负、高效等需求，因此提高刀盘的性能表现和效率迫在眉睫。
本研究旨在对新型EPB盾构刀盘液压驱动系统和刀盘结构进行深入研究，探讨其升级改造后的性能表现和适用性，以期为城市基础设施建设提供更高效、可靠的盾构机设备。
二、研究内容及方法（一）研究内容1.分析现有EPB盾构刀盘结构存在的问题，针对性提出改进措施。
2.设计新型EPB盾构刀盘结构及其液压驱动系统，并开展模拟仿真与试验研究。
3.对比新旧刀盘结构的性能表现及适用范围，总结新型刀盘的优势。
（二）研究方法1.文献资料调研法，分析现有EPB盾构刀盘结构及其液压驱动系统的发展历程、技术特点、应用范围等。
2.试验研究法，设计和制作新型EPB盾构刀盘结构及其液压驱动系统样机，并在实验室中进行模拟仿真和试验。
3.数据分析法，对比新旧刀盘结构的性能表现，在试验结果的基础上总结新型刀盘的优势。
三、预期结果及意义通过本研究，将可以改进现有EPB盾构刀盘结构的局限性，提高其在城市基础设施建设中的使用效率和适用范围。
同时，新型的EPB盾构刀盘结构及其液压驱动系统具有较高的科技含量，将可以成为相关行业的技术创新亮点，拓宽研究者的研究领域和研究深度。
此外，本研究也将为相关企业提供技术支持，促进盾构机设备制造行业的发展。
盾构机刀盘驱动系统液压故障案例分析
盾构机刀盘驱动系统液压故障案例分析一、海瑞克盾构刀盘驱动液压系统的故障分析及处理1.液压系统深圳某地铁项目使用的德国海瑞克盾构机，其刀盘驱动系统为泵、液压马达闭式回路，由3台并联的斜盘式轴向柱塞变量泵和8台并联的轴向柱塞液压马达组成。
系统附带补油液压泵、控制泵等元件。
整个系统为电比例调速，恒功率保护方式。
泵采用带有补油冲洗阀的双向变量泵。
2.故障及原因分析（1）故障现象盾构在掘进时，三个刀盘泵突然出现故障无法重新起动。
主控室显示补油液压泵压力不足，达不到设计要求的最低补油压力，此时补油液压泵压力显示为1.8MPa，而设定值为2.7MPa左右。
（2）原因分析1）检查油箱液位，液位常，可以排除吸油不足的因素。
2）检查补油液压泵溢流阀。
怀疑溢流阀被卡，造成卸荷。
清洗溢流阀后再装回原来位置仍不能建立正常压力，由此判断溢流阀无故障。
3）补油液压泵为螺杆泵，自身抗污染能力很强，由于补油液压泵自身原件损坏造成压力不足的可能性很小，而且在关闭补油液压泵出口球阀的情况下，调节补油液压泵溢流阀，压力显示与新泵相同，可以排除补油液压泵自身的问题。
至此可以判断补油液压泵压力不足是由于部分流量从某个地方非正常流走造成的。
4）补油液压泵除对闭式回路进行补油和对3台主泵进行壳体冷却外，还为螺旋输送机的减速器进行壳体冷却，在补油主管路上还装有蓄能器。
检查蓄能器回油管，没有油液流出；关闭通往螺旋输送机减速器管路上的球阀，补油压力还是达不到设计要求。
由此可以判断三个刀盘泵内部泄漏是造成补油压力不足的主要原因。
5）在观察三个刀盘泵泄漏油管时发现，3号刀盘泵泄漏油管有大量油液流动的迹象，同时发现斜盘没有归零，卡在5°左右的位置。
随即打开3号刀盘泵泄漏油口，发现有铜屑杂质，接着在冷却循环过滤器也发现了大量铜屑。
随即将3号刀盘泵送生产厂家拆检，发现泵的内部已严重损坏。
如滑靴磨损严重，其中的两个已碎裂成多块，固定回程盘的8颗螺栓也全部剪切断裂，且回程盘已断裂成三部分。
盾构刀盘驱动模拟装置液压系统设计与研究
盾构 刀盘驱动模 拟装置液压 系统设计 与研 究
冯 欢欢 ， 王助锋 ， 张合 沛 ， 陈 桥
（ 中铁 隧道集 团 盾 构及 掘进 技术 国家重 点实 验室 ， 河南 郑州
摘
４ ５ ０ ０ ０ １ ）
要： 论 述 了一 种 盾 构 刀 盘 驱 动模 拟 装 置 液 压 系 统工 作 原 理 ， 从变量泵 、 电机 及 液 压 马 达 选 型 、 发 热 计 算 等方 面对 其 液 压 系 统 进 行 了
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｉ ｒ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ａ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｃ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｄ ｉ ｒ ｖ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｗ ａ ｓ ｅ ｘ ｐ ｏ ｕ ｎ ｄ ｅ ｄ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ
速和 输 出力矩 ．回路 中的压 力 传感 器 可 以 实 时检 测 系 统 的压 力 ， 根 据 转 速 和压 力 （ 或 转 速 和 马 达 输 出力 矩 ）
滞性、 功 率变 化 范 围宽 等 特 点 的非 线性 时变 系统 。 其 外
负 载 也 随开 挖 面地 质 条件 的变 化而 实 时 变需 的 最大 功率设计 ， 在 遇 到欠 负 载工 况 时 ， 系 统效 率 低 下 ． 大 量
Ｆ Ｅ Ｎ Ｇ Ｈｕ ａ ｎ — ｈ ｕ ａ ｎ ， ＷＡ Ｎ Ｇ ｕ 币ｎ ｇ ， Ｚ Ｈ Ａ ＮＧ Ｈｅ － ｐ ｅ ｉ ， Ｃ ＨＥ Ｎ Ｑ ｉ ａ ｏ
大闭环控制的盾构刀盘液压驱动系统研究
大闭环控制的盾构刀盘液压驱动系统研究邢彤1,2，龚国芳1，杨华勇1(1．浙江大学 流体传动及控制国家重点实验室杭州130027；2．浙江工业大学 教育科学与技术学院杭州130014)摘要：盾构刀盘转速控制普遍采用开环控制方式，本文提出了基于大闭环控制的容积调速技术和电液比例控制技术的刀盘液压驱动方法，并应用于φ1.8m模拟试验盾构的刀盘驱动系统中。
应用AMESim软件建立了模拟试验盾构的刀盘驱动液压系统的仿真模型，对比分析了该液压系统的开环与闭环控制性能。
关键词：盾构 刀盘驱动 闭环控制 AMESim仿真中图分类号：TH1370 前言现代盾构掘进机是一种地面下暗挖隧道的自动化机械，它具有能够旋转的刀盘和可以移动的钢结构外壳。
现代盾构机不仅能够实现暗挖，而且安全、掘进速度快、自动化程度高，已经能够应用在各类土质和软岩地层的隧道挖掘。
目前，先进的盾构刀盘驱动液压系统有如下特点：1）通常是大功率、超高压、闭式传动液压系统。
2）采用恒功率传动控制系统。
3）具有远程控制压力切断功能。
4）具有稳定的零位工作区域。
5）液压马达的选用目前主要有两种配置形式，其一是高速液压马达加齿轮减速装置，其二是直接采用低速大扭矩液压马达驱动[1,2]。
盾构刀盘的转速可通过调节液压马达的排量来实现，采用电磁换向阀在高低挡位之间切换。
在软岩掘进工况马达排量最大，刀盘低速转动。
硬岩掘进的工况与之相反，刀盘高速转动。
这种高低挡有级调速，可通过操作面板上的选择开关来控制。
刀盘的转速也可通过调节液压泵的排量来实现。
当转动控制面板上的电位器旋钮时，与远程电液比例溢流阀相关联的先导控制油路压力随之变化，从而改变变量泵推力斜盘的角度，实现变量泵排量的调节。
由于电位器可由人工实现连续调节，因此这种调速是开环式的无级调速。
开环控制式的无级调速是在高低挡有级调速的前提下实现的，即分别在高挡范围内或低挡范围内实现无级调速。
闭环控制式的恒*国家杰出青年基金资助项目(50425518)；国家重点基础研究规划“973”项目 (2007CB714004)。
机械机电毕业论文(设计)_盾构刀盘回转驱动液压系统建模与仿真研究
摘要集机械、电气、信息、测量、液压与控制等多学科技术为一体的盾构掘进机以其高效、快速、优质、安全等特点成为了全球范围应用最为广泛的大型地下隧道掘进工程装备，其刀盘驱动系统具有大惯性、大功率和变负载的特点，而近来迅速发展起来的电液控制技术在继承了原有液压系统优点的基础上与电子技术紧密结合于一体，成为盾构机驱动方式的发展趋势。
论文从盾构机刀盘驱动的实际工况出发，针对盾构掘进过程中出现的负载突变冲击乃至刀盘卡死等现象，分析了现有盾构刀盘驱动方式所存在的问题，探讨了一种具有更高可靠性和节能性的盾构刀盘驱动液压系统，重点研究了系统的动态特性及其冲击适应性，主文主要研究内容如下:1.介绍了国内外盾构施工技术和盾构掘进机的发展历程和研究现状。
分析了盾构刀盘的现有驱动方式的特点，对变频电机驱动和液压驱动两种方式进行了对比。
2.从负载的角度论述了盾构刀盘切削作用对象岩土的基本特性，分析了盾构刀盘上主要刀具的切削物理现象以及切削力模型，论述了盾构扭矩的构成情况及计算方法。
重点研究了盾构刀盘在切削过程中负载冲击和刀盘卡死产生的原因以及冲击带来的影响。
通过盾构刀具切削实验和盾构实际现场测试的数据相结合，验证和分析了盾构掘进过程中负载的随机性和冲击的产生原因。
3.分析了盾构刀盘驱动系统的结构形式，研究了现有盾构刀盘驱动液压系统的优缺点，针对盾构的负载特点设计了一种基于负载变化的变量泵一变量马达容积控制驱动回路，并采用比例阀控蓄能器来控制负载的动态冲击。
4.建立了盾构刀盘液压驱动系统的数学模型，从系统动态特性入手研究了刀盘在剧烈负载冲击下液压系统的各个参数对系统本身的影响，揭示了液压冲击的物理现象以及峰值的计算方法，在蓄能器模型的基础上分析了其吸收压力冲击时的动态特性。
5.在已建立的数学模型的理论基础上，利用A州[ESim图形化仿真软件建立了盾构刀盘液压驱动系统仿真模型，对所构建系统的动态特性以及对冲击的适应性进行了仿真研究。
盾构电液控制系统实验平台液压系统设计与研究
０ 引 言
电液 控 制 系统 占据 了盾 构 施 工控 制 系统 总 数量 的
基金项 目： 国家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （ ９ ７ ３计 划 ） ： ２ ０ １ ２ Ｃ Ｂ ７ ２ ４ ３ ０ ８
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ７ — ２ ４
一
半 以上 ， 其控制 性能 的好 坏直接 影 响到盾构 施工 的效
ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ａ ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｄ ｉ ｒ ｖ ｉ ｎ ｇ ，ｓ ｃ ｒ ｅ ｗ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｙ ｉ ｎ ｇ ，ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｔ ｈ ｒ ｕ ｓ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ，ｓ ｅ ｇ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｉ ｎ ｇ ．
盾构液压技术实训报告
一、实训背景随着我国城市化进程的加快，地下空间开发利用成为城市发展的必然趋势。
盾构技术作为一种高效、安全、环保的隧道施工方法，在市政、交通、水利等领域得到了广泛应用。
液压技术在盾构施工中扮演着至关重要的角色，它为盾构机的掘进、出土、管片拼装等环节提供动力支持。
为了深入了解盾构液压技术，提升自身实践能力，我参加了此次盾构液压技术实训。
二、实训目的1. 熟悉盾构液压系统的组成及工作原理。
2. 掌握盾构液压系统的维护与保养方法。
3. 学会盾构液压系统的故障诊断与排除。
4. 提高实际操作技能，为今后从事盾构施工工作打下基础。
三、实训内容1. 盾构液压系统组成及工作原理盾构液压系统主要由液压泵、液压马达、液压阀、液压缸、油箱、管路及各种传感器等组成。
液压泵将电动机的机械能转换为液压能，为系统提供压力和流量；液压马达将液压能转换为机械能，驱动盾构机各部件工作；液压阀用于控制液压系统的压力、流量和方向；液压缸将液压能转换为直线或旋转运动，实现盾构机的掘进、出土、管片拼装等功能。
2. 盾构液压系统的维护与保养（1）定期检查液压系统各部件的磨损情况，及时更换磨损严重的部件。
（2）定期检查液压油的质量，确保液压油清洁、无污染。
（3）定期检查液压系统各管路的密封性，防止泄漏。
（4）定期检查液压系统的冷却系统，确保冷却效果良好。
3. 盾构液压系统的故障诊断与排除（1）观察液压系统各部件的工作状态，分析故障原因。
（2）使用检测仪器检测液压系统各参数，如压力、流量、温度等。
（3）根据故障现象，分析故障原因，制定排除方案。
4. 实际操作技能（1）掌握盾构液压系统的操作规程，确保操作安全。
（2）学会使用液压系统检测仪器，对液压系统进行检测。
（3）学会排除液压系统故障，提高实际操作能力。
四、实训总结通过此次盾构液压技术实训，我收获颇丰。
以下是我对实训过程的总结：1. 理论知识方面：我对盾构液压系统的组成、工作原理、维护保养、故障诊断与排除等方面有了更深入的了解。
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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)。
轰1上浴吃铁工程麻构推进时刀理扭矩统计表
可见，盾构刀盘驱动所需功率大且功率变化范围宽。
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，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20MPa，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A11VO 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。
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。
乩'■撼冬魅咻台击塚诊
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。
4实验研究
本实验为刀盘转速开环控制实验，一个操作员调节螺旋机的转速和推进速度控制旋钮
使盾构前进并保持正面土压力与盾构土仓内压力平衡，另一操作员调节刀盘转速控制旋钮。
盾构共推进1.5 m ，平均推进速度为 2.5 cm/min 。
刀盘调速电流曲线如图4a所示。
1 S 1
2 16 20
28 32 3fi 10 44 4fi 52 56 60
HH/min
4 8 ~ii f6 20 24 32 ^6 1-1 48 52 56 60
时f可/mm
U閒
56
52
4H
制
40
»
•cn
X10
7Qr
10
a）們构丿J盘调速
b）盾构燧輕
•
减
图4b所示刀盘转速有较大的波动，原因是由于没有及时加注泡沫且土质较粘，刀盘有卡住的现象。
但是，刀盘转速曲线的趋势表明，刀盘转速能够按照操作员的调节作出相应的变化。
图4c所示的刀盘转矩曲线表明，刀盘转矩变化大，可能是螺旋机的排土速度没有及时调节的原因。
对比图
4b和图4c，说明在刀盘转矩有较大波动下，刀盘转速能够根据调速信号按比例调速。
盾构刀盘驱动液压系统具有功率大、功率变化范围宽的特点，通过在模拟盾构实验台上的掘进实验，证明该系统能适应掘进中的复杂工况，实现刀盘的调速。