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盾构刀盘驱动液压系统及其功率自适应控制方法研究

作　者: 李喜莲
导　师: 龚国芳
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 土压平衡式盾构 刀盘驱动液压系统 AMESim仿真 地层识别 功率自适应控制
分类号: U455.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 433次
引　用: 6次
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内容摘要


盾构机是集机械、电气、液压、测量、控制等多学科技术于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备。它需要针对不同地层地质要求进行设计制造，而且实际挖掘过程中会有不可预见因素的影响，所以有必要搭建盾构模拟试验平台，用来模拟不同类型的盾构机在不同地层中的掘进过程，开展盾构机在典型地质条件下的控制策略、设计理论及计算方法的研究。土压平衡盾构代表当今世界盾构技术的先进水平，对它的研究将有利于提高我国盾构机的设计制造水平，扩大盾构机的国产率。刀盘驱动液压系统作为模拟盾构的一个重要组成部分，对其进行理论研究将有助于提高盾构机的整体控制水平。论文以盾构模拟试验平台刀盘驱动液压系统为研究对象，对采用了电液比例技术的系统进行了原理设计、液压阀块设计和系统集成设计。对试验结果进行了总结，分析了不同地层对刀盘扭矩和转速的影响。采用AMESim仿真技术，对液压系统进行了刀盘转速调节特性和负载适应特性的仿真分析。利用统计分类方法对地层状况进行划分，并对刀盘前方土层进行预报，查询专家经验以输出适应地层的控制参数，可以实现刀盘驱动液压系统的功率自适应控制。本文的研究成果为实际盾构机的设计制造提供了相关参考依据。本文的主要研究工作内容如下：第一章，综述了国内外盾构技术和盾构掘进机的发展历程及研究现状，分析了电液比例控制技术在盾构掘进机中的应用情况，介绍了盾构驱动系统的概况。最后提出了本课题的研究意义以及论文的研究内容。第二章，提出了适用于复杂工况的模拟盾构刀盘驱动液压系统设计方案，分析了系统各控制功能模块的实现，并进行了该系统液压元件主要参数的计算与选型，阀块与泵站的集成设计与加工。第三章，介绍了模拟盾构试验平台的试验条件，分析了试验中盾构掘进历经三种土层过程中刀盘扭矩的变化规律以及了刀盘转速的调节特性。参照刀盘驱动液压系统物理模型，使用AMESim软件搭建了仿真模型并确定了参数，仿真结果表明系统具有较好的调速特性以及负载适应性。第四章，针对所设计的液压系统提出了一种基于地层识别的刀盘功率自适应控制方法。该方法以不同地层中的试验数据为依据，通过统计分类划分土的类别，并使用贴近度的计算方法得到样本所属地层的量化参数，据此查询盾构施工的专家经验库，使系统输出与地层相适应的控制参数，实现刀盘驱动液压系统的功率自适应控制。第五章，概括了全文的主要研究工作和成果，并展望了今后需进一步研究的工作和方向。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-24
  1.1 盾构机概述  9-13
    1.1.1 盾构机的分类  10-11
    1.1.2 EPBMs的工作原理和基本构造  11-13
  1.2 盾构机国内外发展历史及现状  13-16
    1.2.1 国外盾构机发展历史及现状  13-14
    1.2.2 国内盾构机的发展历史和现状  14-16
  1.3 电液控制技术及其在盾构机中的应用  16-19
    1.3.1 电液比例控制系统特点  17-18
    1.3.2 电液比例技术在盾构机中的应用  18-19
  1.4 盾构刀盘驱动系统的概况  19-22
  1.5 课题的背景及研究意义  22-23
  1.6 课题主要研究内容  23
  1.7 本章小结  23-24
第2章 盾构刀盘驱动液压系统设计  24-36
  2.1 电液比例技术在刀盘驱动系统中的应用  24-25
  2.2 盾构刀盘驱动液压系统原理设计  25-33
    2.2.1 刀盘驱动液压系统工作原理  25-27
    2.2.2 刀盘转速控制及功率限定控制  27-29
    2.2.3 刀盘转动方向控制  29-30
    2.2.4 刀盘驱动液压系统参数设计计算  30-33
  2.3 刀盘驱动液压系统集成  33-35
    2.3.1 集成阀块设计加工  33-34
    2.3.2 泵站设计加工  34-35
  2.4 本章小结  35-36
第3章 盾构刀盘驱动液压系统试验分析及仿真  36-55
  3.1 盾构刀盘驱动液压系统试验平台  36-38
    3.1.1 模拟土箱介绍  36-37
    3.1.2 盾构掘进试验平台结构及组成  37-38
  3.2 刀盘驱动液压系统试验结果及分析  38-46
    3.2.1 不同地层中刀盘扭矩变化规律  38-44
    3.2.2 刀盘转速调节特性  44-46
  3.3 刀盘驱动液压系统仿真分析  46-53
    3.3.1 AMESim仿真软件介绍  46-49
    3.3.2 仿真模型的建立  49-50
    3.3.3 系统仿真参数的确定  50
    3.3.4 系统仿真结果及分析  50-53
  3.4 本章小结  53-55
第4章 基于地层识别的刀盘功率自适应控制方法研究  55-67
  4.1 基于地层识别的刀盘功率自适应控制原理  55-56
  4.2 基于统计分类的盾构掘进土层识别方法  56-66
    4.2.1 统计分类方法  57-59
    4.2.2 掘进参数特征的选择及其与地层状况的对应关系  59-61
    4.2.3 地层状况判别方法  61-66
  4.3 本章小结  66-67
第5章 结论及展望  67-69
  5.1 论文总结  67
  5.2 工作展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 隧道施工 > 施工机械
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