盾构刀盘回转驱动液压系统建模与仿真研究
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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。研究结果表明，采用比例
阀控蓄能器的盾构刀盘回转驱动液压系统可以能够很好地吸收负载
冲击，有效避免溢流损失，并回收部分冲击能量，具有较好的节能性
多中南大学硕士学位论文摘要
和可靠性。
关键词:盾构掘进机;刀盘驱动液压系统;AMESim仿真;负载冲击;
蓄能器中南大学硕士学位论文ABSTRACT ...
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