盾構(gòu)刀盤(pán)高效電液驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究.pdf

1、盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)可在不影響地面設(shè)施的前提下開(kāi)展隧道施工的一體化作業(yè)，是面向國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)而研制的大型復(fù)雜裝備。隨著盾構(gòu)機(jī)技術(shù)的不斷提升，盾構(gòu)隧道施工方法得到了廣泛應(yīng)用。刀盤(pán)系統(tǒng)作為盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的關(guān)鍵子系統(tǒng)，不僅是耗能巨大，而且其性能還直接影響隧道施工的速度與安全。因此，刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文主要為提高刀盤(pán)系統(tǒng)的調(diào)速特性與效率特性，針對(duì)刀盤(pán)電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化控制的研究。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　第一章，介紹

2、盾構(gòu)機(jī)的施工原理與施工特點(diǎn);闡述盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，重點(diǎn)介紹近年來(lái)國(guó)內(nèi)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的研制狀況;概括現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)系統(tǒng)的主要驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)面向刀盤(pán)電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)而開(kāi)展的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究與優(yōu)化控制研究，進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)分析;并進(jìn)一步提出本文的研究?jī)?nèi)容。
　　第二章，設(shè)計(jì)一刀盤(pán)連續(xù)調(diào)速電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在分析傳統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速特性的基礎(chǔ)上，本章提出了一刀盤(pán)連續(xù)調(diào)速電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。針對(duì)這一新型系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一分段補(bǔ)償控制方法，數(shù)值分析

3、系統(tǒng)在該控制方法下的額定工作域特性。通過(guò)損耗建模方法，揭示刀盤(pán)液壓系統(tǒng)效率的分布特性，為系統(tǒng)節(jié)能提供參考。此外，還提出可通過(guò)優(yōu)化管路連接模式來(lái)提高刀盤(pán)液壓系統(tǒng)效率的方法。最后，通過(guò)建模仿真的方法，分析刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、管路模式與馬達(dá)排量對(duì)刀盤(pán)系統(tǒng)速度剛度特性與速度調(diào)節(jié)特性的影響，為刀盤(pán)電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化控制提供理論指導(dǎo)。
　　第三章，提出一種刀盤(pán)電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化決策方法。通過(guò)分析傳統(tǒng)刀盤(pán)載荷參數(shù)，得到一刀盤(pán)載荷特征的定義方法

4、，并設(shè)計(jì)出刀盤(pán)載荷特征在線(xiàn)預(yù)測(cè)算法?；诂F(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)，對(duì)該新型預(yù)測(cè)算法的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行了數(shù)值分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法，揭示刀盤(pán)電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在不同電機(jī)模式下的系統(tǒng)效率特性。結(jié)合刀盤(pán)載荷特征在線(xiàn)預(yù)測(cè)算法與系統(tǒng)效率特性分析結(jié)果，進(jìn)一步提出一刀盤(pán)電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化決策方法。
　　第四章，開(kāi)展刀盤(pán)電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制分析。對(duì)某隧道的5個(gè)等間隔隧道段的掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化決策，并得到試驗(yàn)臺(tái)的優(yōu)化控制模式。將5個(gè)隧道段的現(xiàn)場(chǎng)刀盤(pán)轉(zhuǎn)速與刀盤(pán)扭矩?cái)?shù)據(jù)，經(jīng)相似

5、變換后加載到刀盤(pán)電液驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，測(cè)試并分析系統(tǒng)優(yōu)化前與優(yōu)化后的能耗特性與能量傳遞特性，以分析優(yōu)化決策方法的效率優(yōu)化特性。進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)，對(duì)刀盤(pán)電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)模式應(yīng)急切換（刀盤(pán)控制模式優(yōu)化失效時(shí)）時(shí)的電氣沖擊進(jìn)行分析。最后通過(guò)建模仿真，對(duì)刀盤(pán)系統(tǒng)在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)模式應(yīng)急切換過(guò)程中的轉(zhuǎn)速波動(dòng)情況進(jìn)行分析。
　　第五章，對(duì)刀盤(pán)變轉(zhuǎn)速變排量電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率特性進(jìn)行試驗(yàn)分析。對(duì)一變轉(zhuǎn)速變排量泵控馬達(dá)試驗(yàn)系統(tǒng)的額定工作域進(jìn)行數(shù)值分析。通過(guò)實(shí)

6、驗(yàn)，分析該新型驅(qū)動(dòng)方式的效率隨變量泵排量的變化而產(chǎn)生的變化，從環(huán)節(jié)角度揭示這一變化的原因，并得到系統(tǒng)在不同工作點(diǎn)的最高效率及其對(duì)應(yīng)的變量泵排量。通過(guò)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步得到系統(tǒng)在全工作域內(nèi)高效工作的效率譜。將該效率譜與傳統(tǒng)變排量泵控馬達(dá)電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率譜進(jìn)行對(duì)比分析，得到兩系統(tǒng)各自的優(yōu)勢(shì)效率工作域。此外，還對(duì)新型變轉(zhuǎn)速變排量泵控馬達(dá)電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的待機(jī)功耗特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。最后，提出一種刀盤(pán)變轉(zhuǎn)速變排量電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)方案。