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1、盾构机刀盘液压驱动与控制系统研究,汇报人：李晓星 导师：刘金刚 副教授 研究方向：机电液传动与控制 日期：2015-8-14,5.研究进度安排,4.目前工作进展,3.研究目标和内容,2.国内外研究现状,目录,1.研究背景及意义,6.目录及参考文献,一、研究背景及意义,当今世界能源日趋紧张，我国的能源更是面临巨大的挑战，因此，大型工程设备的节能始终是重要研究课题。随着经济的发展，许多地下工程建设，包括地铁，市政，铁路，公路，水利，矿山等会需要大量的盾构隧道掘进机。,盾构机刀盘液压驱动与控制系统,一、研究背景及意义,盾构掘进机的关键技术主要集中在欧，美和日本等少数几个发达国家，我国也有几家企业对盾
2、构掘进机的开发作了有益的探索，并取得了一些成果，但与我国经济发展水平相比，盾构技术发展相对较慢，还不能满足国内工程建设的需求。,盾构机刀盘液压驱动与控制系统,盾构机核心厂商,海瑞克,川崎,三菱重工,随着经济的发展，发展我国的盾构技术已成当务之急，必须在引进，消化，吸收国外先进技术的基础上认真分析制约我国盾构技术发展的关键性瓶颈，并组织力量，联合攻关，以加速我国盾构机的发展。,一、研究背景及意义,1.定速电机驱动,2.变频电机驱动,三大刀盘驱动方式,刀盘液压驱动,3.液压驱动,具有良好的抗冲击能力,过载保护能力好,可靠性高，成本低,一、研究背景及意义,刀盘液压控制系统具有传动效率低，温升高,液压
3、系统在工作时，其压力损失，容积损失和机械能损失构成系统的主要能量损失，这些能量损失会转化为热能而使液压系统温度升高。当液压系统油温上升幅度较大，油温上升速度过快时，会严重影响到液压油性能，对设备的正常使用带来危害。因此我们研究盾构机刀盘液压驱动与控制系统，希望能提高它的传动效率，降低它的油温。,二、国内外研究现状,桑原洋等,奥村等,菊地正俊,上海隧道,首次在盾构机上应用模糊方向控制系统，使盾构机的姿态得以控制修正。,开发了应用，模糊推论和神经网络（NN）控制盾构机掘进方向的系统。,二、国内外研究现状,日本TAMAKI SHOJI和KATO MINORU于1994年申请的“盾构掘进机的液压驱动技
4、术”中为了提高液压系统的工作效能，该系统通过一个齿轮驱动装置，实现了将某一失效的液压马达的压力能转移到其它正常液压马达侧。,德国海瑞克研究了某型土压平衡盾构刀盘驱动液压系统，该液压系统是由3个液控变量泵与8个液压马达组成的容积调速闭式液压系统。在控制上，采用多泵集中液控方式。结构上，控制回路中的功率控制模块集成了多种功能。,二、国内外研究现状,Price盾构(是根据发明者命名的并于1896年申请专利),第一次将Greathead盾构与旋转刀盘组合在一起,刀盘由4个辐条臂组成,通过一根长轴并由电机驱动。,1963年日本SatoKogyo公司开发的第一台土压平衡盾构成功地应用了液压马达驱动技术,用
5、于驱动刀盘和螺旋机,但当时只能采用阀控调速技术。,针对液压控制方式的节能发展,江木正夫(日本流体动力工业会会长)将其分为五个阶段,如下图所示,阀控制为第一阶段,负载敏感阀控制为第二阶段,负载敏感泵控制为第三阶段,泵容积控制为第四阶段,泵回转速控制为第五阶段,4,3,2,1,4,3,2,1,4,3,2,1,4,3,2,1,2,1,所需动力,3,4,所需动力,阀控制,负载感应阀控制,负载感应泵控制,泵排量控制,泵回转速控制,2-节流阀损失,1-有效利用动力,3-其它配置等损失,4-电机，泵等机械效率损失,二、国内外研究现状,液压控制技术的节能化,三、研究目标,1.基于节能的目的,提出多泵组合闭式回
6、路控制方式的刀盘驱动液压系统,该方式比普遍采用的3泵联合驱动方式节能,效率可提高4%一7%2.对多泵组合驱动液压系统进行原理设计和分析,应用电液比例控制技术实现刀盘比例调速,对主要系统工作参数进行了设计计算.3.采用AMESim仿真软件建立刀盘驱动液压系统的仿真模型,对液压系统的传动效率,功率,时频域响应进行仿真分析.,三、研究内容,通过试验验证多泵组合驱动方式的可行性，全面了解多泵组合驱动液压系统的性能，并研究确定该液压系统性能稳定，满足设计要求。,三、研究难点,四、目前工作进展,阅读了盾构刀盘液压驱动与控制系统相关的国内外文献。学习了UG,ANSYS软件，为以后学习跟设计打下基础。正在学习
7、建立仿真模型的AMEsim仿真软件，希望通过这软件的学习初步建立仿真模型。学习了相关的书籍如清华大学出版的液压与气压传动，化学工业出版的液压系统原理图分析技巧化学工业出版的液压控制应用案例精选。,五、研究进度安排,2015.112016.2 分析整理文献，初步想好设计思路,2016.22016.5 初步建立模型，确定模型的可行性,2016.52016. 7 通过做试验，进一步优化模型,2015.82015.11阅读大量文献，学习相关的软件,五、研究进度安排,2016.72016.9 分析液压系统工作原理，对各回路进行设计分析,2016.92016.10 对液压驱动系统的主要参数进行设计,201
8、6.102016.11 根据实验数据和设计参数对模型进行分析，得到仿真曲线,2017.12017.3 撰写论文，完成初稿,六、目录及参考文献,盾构机刀盘液压驱动与控制系统研究摘要Abstract第1章 绪论 1.1 研究背景 1.2 盾构机工作原理及发展历程 1.2.1盾构机进机的工作原理 1.2.2盾构机的组成 1.2.3盾构机的发展历程 2.2 国内外研究现状 2.2.1国内研究现状 2.2.2国外研究现状 3.3 本文主要研究内容及意义 3.3.1 主要研究内容 3.3.2 研究意义第2章 盾构机刀盘液压驱动系统方案设计 2.1 多泵组合液压系统工作原理分析 2.1.1 主驱动回路分析
9、2.1.2 补油回路分析 2.1.3控制油回路分析,六、目录及参考文献,2.2 多泵组合液压驱动系统主要参数设计 2.2.1刀盘扭矩与系统压力设计 2.2.2系统流量与刀盘转速设计 2.2.3恒功率控制参数设计 2.2.4闭式回路换油和冷却设计 2.3 本章小结第3章 多泵组合液压驱动系统仿真研究 3.1 AMESim软件简介 3.2 液压系统仿真模型建立 3.3 液压系统仿真参数设计 3.3.1 变量泵效率分析 3.3.2 变量马达效率分析 3.3.3 AMESim仿真参数设定 3.4 刀盘液压驱动系统仿真分析 3.4.1 刀盘系统驱动传动效率与能耗仿真 3.4.2 动力元件能量传递效率仿真
10、 3.4.3 多泵组合驱动系统运行仿真 3.4.4多泵组合驱动系统时域与频域仿真 3.5 本章小结,六、目录及参考文献,第4章 多泵组合液压驱动系统运行试验 4.1 管路试验 4.2 空载试验 4.2.2 单辅助泵并入系统空载试验 4.2.3 双辅助泵并入系统空载试验 4.3 掘进试验 4.3.1 单辅助泵并入系统调速试验 4.3.2 双辅助泵并入系统调速试验 4.4 本章小结第5章 总结和展望 5.1 全文总结 5.2 展望参考文献,六、参考文献,1王建宇.隧道工程的技术进步J.中国铁道科学, 1999(l2):30一36.2朱伟,陈仁俊.盾构隧道施工技术现状及展望(第l讲)J.岩土工程界,
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