基于二次调节原理的盾构EPB系统节能特性研究

【摘要】： 盾构法施工是目前世界上暗挖隧洞施工最为有效的手段。土压平衡式盾构机是盾构法施工中应用最为广泛的盾构机。在实际施工过程中，土压平衡盾构机经常会因为安装管片、检修维护等原因需要停机，减少机内土压平衡系统因频繁停机而造成的能量损失是降低盾构机整体能耗的一项十分重要的措施。因此对盾构EPB系统的节能研究具有重要的现实意义。然而，在地下施工现场开展研究，既不经济也不安全、合理，故本研究主要在一套基于液体动力控制原理的盾构EPB电液模拟系统上进行，拟通过对该模拟系统的节能研究寻找到盾构EPB系统的有效节能方法。 盾构EPB系统在工作中挟带大量的土料运转，加上其自身的转动惯量，使其在运转时具有巨大的转动动能，而目前盾构EPB系统的控制主要采用泵控马达方式，该控制方式在系统制动时通常采取减小供油泵出口流量，使螺旋输送机通过与土料摩擦等作用而停转的办法。这种办法不仅无法对转轴及螺旋叶片的惯性能量进行回收，以致系统制动前的惯性能量大部分被毫无意义地损耗掉，制动过程中土料与螺旋叶片间的摩擦加剧还会引起系统温度升高、机件磨损加快等不利影响。基于二次调节原理的液压驱动系统由于具有响应速度快和可回收惯性能量等特点，可以推断，若将该原理应用于盾构EPB系统，应可回收系统部分惯性能量，提高盾构设备运行效率，降低施工成本，同时亦可以改善系统的控制特性。 本研究的试验主要在一套根据盾构EPB系统数学模型而建立的电液物理模拟系统上进行。该模拟系统已被前期的研究成果证明模拟原理可行，且具有模拟方便，试验效率高的特点。 将液压二次调节原理应用于该模拟系统，本课题主要研究系统在制动过程中回收惯性能量的可行性及规律。首先试验了恒排量式能量回收方式，在验证惯性能量回收可行后，以此作为基本能量回收方式来研究系统各参数对能量回收效率的影响；最后，针对恒排量式能量回收方式的不足之处，并结合盾构EPB系统施工的制动要求，提出并试验了恒转矩式能量回收方式。试验结果表明：基于二次调节原理的盾构EPB系统能取得明显的惯性能回收效果；系统中的油源压力、二次元件的排量及转速等参数对能量回收效率有着不同的影响；能量回收过程中实行恒转矩控制能使系统满足多种制动要求，并能提高一定的抗负载干扰特性。这些结论为节能型盾构机的设计提供了有价值的参考。 【关键词】：盾构 土压平衡 二次调节 惯性能回收 模拟试验
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U455.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题研究背景及意义13-15
• 1.2 盾构机国内外的发展及研究现状分析15-16
• 1.3 二次调节静液传动技术的发展及研究现状分析16-18
• 1.4 课题来源18-19
• 1.5 本文的主要研究内容19-20
• 第二章 土压平衡式盾构机与二次调节静液传动20-28
• 2.1 盾构施工概述20
• 2.2 土压平衡式盾构20-24
• 2.2.1 土压平衡式盾构概述20-22
• 2.2.2 盾构 EPB控制系统22-24
• 2.3 二次调节静液传动24-27
• 2.3.1 二次调节静液传动系统概述24-25
• 2.3.2 二次调节静液传动系统的组成及原理25-27
• 本章小结27-28
• 第三章 基于二次调节原理的盾构EPB电液模拟系统28-40
• 3.1 盾构EPB电液模拟系统28-30
• 3.1.1 盾构 EPB系统组成原理28
• 3.1.2 盾构 EPB电液模拟系统组成及原理28-30
• 3.2 二次调节原理在盾构EPB电液模拟系统中的应用30-39
• 3.2.1 惯性负载飞轮30-31
• 3.2.2 负载力矩31-33
• 3.2.3 转速测量33-35
• 3.2.4 二次元件35-37
• 3.2.5 油源变量泵37-38
• 3.2.6 皮囊式蓄能器38-39
• 本章小结39-40
• 第四章 盾构EPB电液模拟系统恒排量式能量回收研究40-47
• 4.1 泵控马达式盾构EPB电液模拟系统制动试验40-41
• 4.2 基于二次调节原理的模拟系统恒排量式能量回收41-42
• 4.3 盾构各工况参数对能量回收效率的影响42-46
• 4.3.1 二次元件排量对能量回收效率的影响42-43
• 4.3.2 油源压力对能量回收效率的影响43-44
• 4.3.3 系统转速对能量回收效率的影响44-46
• 本章小结46-47
• 第五章 盾构EPB电液模拟系统恒转矩式能量回收研究47-52
• 5.1 转矩控制的提出47-48
• 5.2 模拟系统能量回收过程中转矩控制研究48-51
• 5.3 能量回收过程中恒转矩控制的抗干扰特性51
• 本章小结51-52
• 论文总结52-54
• 一、总结52
• 二、进一步的工作52-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士期间发表的论文58-60
• 致谢60

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