盾構(gòu)刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究.pdf

1、盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是一種專門用于地下隧道工程的現(xiàn)代化重大工程裝備?，F(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)集液壓、機(jī)電控制、材料、計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體,具有自動(dòng)化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、減少對(duì)地面建筑物的影響等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電隧道等工程建設(shè)中。液壓傳動(dòng)以其傳動(dòng)平穩(wěn)、調(diào)速方便、功率體積比大等優(yōu)良特性在許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用,但是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的能量利用率低,特別是盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)這種典型的大功率設(shè)備能耗巨大。因此,對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)

2、能研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了減少研究成本、降低現(xiàn)場操作風(fēng)險(xiǎn),有必要建立盾構(gòu)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。
　　 論文以盾構(gòu)刀盤模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為研究對(duì)象,模擬實(shí)際盾構(gòu)在施工過程中刀盤所遇到的不同工況,對(duì)盾構(gòu)刀盤模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了原理設(shè)計(jì)、元件選型、實(shí)驗(yàn)臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。通過對(duì)模擬刀盤系統(tǒng)進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn),重點(diǎn)研究盾構(gòu)刀盤變轉(zhuǎn)速液壓驅(qū)動(dòng)和變排量液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在不同工況下的能量損耗對(duì)比,進(jìn)而揭示盾構(gòu)刀盤系統(tǒng)的能量傳遞規(guī)

3、律,為新一代節(jié)能性盾構(gòu)的研制提供理論基礎(chǔ)。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 第一章介紹了盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的工作原理及其結(jié)構(gòu)組成,綜述了盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢(shì),然后結(jié)合論文的研究內(nèi)容詳細(xì)介紹了盾構(gòu)刀盤液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),對(duì)其節(jié)能性研究概況進(jìn)行了詳細(xì)敘述,最后,針對(duì)目前盾構(gòu)節(jié)能化發(fā)展的背景及本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理提出了本課題的研究意義和主要研究內(nèi)容。
　　 第二章根據(jù)所要研究的內(nèi)容設(shè)計(jì)了盾構(gòu)刀盤半物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),闡明了

4、其液壓系統(tǒng)工作原理,并對(duì)關(guān)鍵液壓元器件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和選型。對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電控部分進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì),并利用LabVIEW軟件對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序進(jìn)行了編程設(shè)計(jì)。
　　 第三章分別建立了變轉(zhuǎn)速泵控馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)和變排量泵控馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,給出了數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)的全過程。根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的組成,建立了各傳遞環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)方程,得出了系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上建立了兩種系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。
　　 第四章分析了盾構(gòu)刀盤液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

5、的能量傳遞鏈組成,對(duì)系統(tǒng)中的各傳遞環(huán)節(jié)進(jìn)行了能耗分析和功率特性分析,給出了電動(dòng)機(jī)的效率及泵的容積效率和機(jī)械效率的數(shù)學(xué)表達(dá)式,并深入分析了各環(huán)節(jié)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響,揭示了盾構(gòu)刀盤掘進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)源、傳動(dòng)鏈及執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的能量傳遞規(guī)律,闡明了盾構(gòu)刀盤調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能原理,為下一步的仿真及實(shí)驗(yàn)研究奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 第五章以盾構(gòu)刀盤半物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為基礎(chǔ),對(duì)變轉(zhuǎn)速調(diào)速系統(tǒng)和變排量調(diào)速系統(tǒng)的效率情況進(jìn)行了模型仿真和實(shí)驗(yàn)研究。通過分析實(shí)