本文關(guān)鍵詞：盾構(gòu)刀盤高效電液驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)可在不影響地面設(shè)施的前提下開展隧道施工的一體化作業(yè),是面向國家基礎(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系統(tǒng)的調(diào)速特性與效率特性,針對刀盤電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開展優(yōu)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化控制的研究。具體研究內(nèi)容如下:第一章,介紹盾構(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)介紹近年來國內(nèi)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的研制狀況;概括現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)刀盤系統(tǒng)的主要驅(qū)動(dòng)方式,對面向刀盤電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)而開展的優(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內(nèi)容。第二章,設(shè)計(jì)一刀盤連續(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,本章提出了一刀盤連續(xù)調(diào)速電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。針對這一新型系統(tǒng),設(shè)計(jì)一分段補(bǔ)償控制方法,數(shù)值分析系統(tǒng)在該控制方法下的額定工作域特性。通過損耗建模方法,揭示刀盤液壓系統(tǒng)效率的分布特性,為系統(tǒng)節(jié)能提供參考。此外,還提出可通過優(yōu)化管路連接模式來提高刀盤液壓系統(tǒng)效率的方法。最后,通過建模仿真的方法,分析刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、管路模式與馬達(dá)排量對刀盤系統(tǒng)速度剛度特性與速度調(diào)節(jié)特性的影響,為刀盤電液驅(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,提出一種刀盤電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化決策方法。通過分析傳統(tǒng)刀盤載荷參數(shù),得到一刀盤載荷特征的定義方法,并設(shè)計(jì)出刀盤載荷特征在線預(yù)測算法�；诂F(xiàn)場施工數(shù)據(jù),對該新型預(yù)測算法的預(yù)測精度進(jìn)行了數(shù)值分析。通過實(shí)驗(yàn)方法,揭示刀盤電液驅(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)合刀盤載荷特征在線預(yù)測算法與系統(tǒng)效率特性分析結(jié)果,進(jìn)一步提出一刀盤電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化決策方法。第四章,開展刀盤電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制分析。對某隧道的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)臺的優(yōu)化控制模式。將5個(gè)隧道段的現(xiàn)場刀盤轉(zhuǎn)速與刀盤扭矩?cái)?shù)據(jù),經(jīng)相似變換后加載到刀盤電液驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)臺,測試并分析系統(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)一步通過實(shí)驗(yàn),對刀盤電液驅(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。最后通過建模仿真,對刀盤系統(tǒng)在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)模式應(yīng)急切換過程中的轉(zhuǎn)速波動(dòng)情況進(jìn)行分析。第五章,對刀盤變轉(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。通過實(shí)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)的最高效率及其對應(yīng)的變量泵排量。通過優(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)行對比分析,得到兩系統(tǒng)各自的優(yōu)勢效率工作域。此外,還對新型變轉(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。第六章,總結(jié)本文主要的研究工作,并對今后刀盤電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面的研究工作提出一些建議。
[Abstract]:Shield machine can carry out the integration work of tunnel construction in the premise of not affecting the ground facilities, national infrastructure construction and development of large complex equipment. With the shield machine technology continues to improve, the construction method of shield tunnel has been widely used. The cutter system as the key sub shield machine system, is not only the energy consumption great, but its performance has a direct impact on the speed and safety of tunnel construction. Therefore, the cutter head drive technology is the key technology of shield machine. The main purpose of this paper is to improve the speed and efficiency characteristics of the cutter system characteristics, research on cutter electro hydraulic drive system to carry out optimization design and control optimization. The specific research contents as follows: the first chapter introduces the construction principle and construction features of the shield machine; elaborates the development condition of the shield machine, introduces the domestic shield machine development situation in recent years; almost The main drive of existing shield machine cutter system, research and optimization design of optimal control oriented cutter electro hydraulic driving system and energy saving technology development, summarize and analysis; and put forward the research content of this paper. The second chapter, the design of a cutter continuous speed control electro-hydraulic drive system. Based on the analysis of the traditional the cutter speed characteristics of electro hydraulic driving system, this chapter brings forward a cutter continuous speed control electro hydraulic driving system design. According to this new system, design a compensation control method, numerical analysis of rated working domain characteristics of the system in the control methods. Through loss modeling method, revealing the knife disc hydraulic system efficiency distribution characteristics, provide a reference for energy-saving system. In addition, can also be proposed to improve the efficiency of the hydraulic system of the cutter method by optimizing the pipeline connection mode. Finally, through the construction of imitation Really, analysis of cutter rotation inertia, influence of pipeline mode and motor displacement of cutter head speed regulating characteristics of stiffness and speed, and provide theoretical guidance for the control of cutter electro-hydraulic drive optimization design and optimization of the system. The third chapter puts forward the system optimization decision method for driving the cutter by analyzing the electro-hydraulic. The load parameters of traditional cutter, a cutter defining method of load characteristics, and designs the cutter load characteristics online prediction algorithm. Based on the field data, the prediction accuracy of the model prediction algorithm is analyzed by numerical simulation. Through the experimental method, the efficiency of the system properties of cutter electro hydraulic driving system in different motor mode the combination of the cutter. The load characteristics online prediction algorithm and efficiency characteristics of the system analysis, put forward an optimization decision method of cutter electro-hydraulic drive system. The fourth chapter carry out cutter electro-hydraulic Analysis of optimal control of driving system. The optimization decision of 5 parameters interval tunnel excavation section of the tunnel, and get the optimal control model of test bench. The 5 section of the tunnel knife wheel torque data speed and cutter, the cutter to electro-hydraulic similarity transformation after loading drive test bench test and characteristics of energy consumption and energy analysis system before and after optimization of the transmission characteristics, to analyze the characteristics of efficiency optimization optimization decision method. Through further experiment, the cutter electro-hydraulic drive system model of emergency switch drive (cutter failure mode optimization control of electric shock). Finally, through the modeling and Simulation of. Analysis of the speed fluctuation in emergency driving mode in the process of switching the cutter system. The fifth chapter analyse the test efficiency characteristics of the cutter of variable speed electro-hydraulic variable displacement drive system of a change. The rated speed domain variable displacement pump controlled motor test system by numerical analysis. Through the experiment, analysis of changes in efficiency of the new driving mode which changes with the variable displacement pump, reveal the reasons for the change from link angle, and the displacement of variable pump maximum efficiency and the corresponding system in different working points. By optimizing the driving efficiency, further system work efficiently in the whole working domain spectrum. The spectral efficiency and efficiency of the traditional variable displacement pump controlled motor electrohydraulic drive system spectrum were analyzed, the advantages of efficiency domain of each of the two systems are analyzed. In addition, the standby power consumption characteristic of variable speed and variable model displacement pump controlled motor electrohydraulic drive system. Finally, and propose a design of cutter driven variable speed electro-hydraulic variable displacement drive system. The sixth chapter summarizes research work mainly for Some suggestions on the future research work of the electrohydraulic drive system of the knife plate are put forward.

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U455.39

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本文編號：1384453