双护盾TBM撑靴液压系统及刀盘驱动系统的研究

发布时间：2017-09-09 21:13

  本文关键词：双护盾TBM撑靴液压系统及刀盘驱动系统的研究

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【摘要】：随着社会的发展，，人们对空间的要求变的越来越大，地上空间的开发已经越来越有限了，因此人们对于地下空间的需求与开发变的越来越紧迫。双护盾TBM就是针对开发地下空间所需要的设备之一。目前，我国自主研制生产双护盾TBM的技术较国外还存在很多不足之处，因此，开展双护盾TBM设备的技术研发工作具有十分重要的意义。 本课题针对双护盾TBM液压系统泵控制方式改造的撑靴系统和刀盘驱动系统展开分析研究。 首先，根据客户要求进行了整台TBM的结构设计介绍，针对液压系统中的泵进行了控制方式的改造使其具有两种不同的控制方式以适应两种不同的地质工况，并以撑靴液压系统为例，应用AMESim进行建模仿真分析，验证控制方式改造后泵的正确性，最后通过现场采样进行试验，最终进一步验证全断面隧道掘进机(TBM)液压系统泵控制方式改造后的可行性。 其次，根据刀盘驱动系统工作要求与环境进行了详细的设计计算与选型，并对多电机同步运行的负载均衡问题提出两种不同的控制方案即“多电机转速并行控制”和“电机转矩跟随主从控制”，且建立了刀盘驱动系统的数学模型。 最后，为了保证TBM在工作过程中刀盘运转的稳定性，负载均衡性，将PID控制分别引入两种方案中，运用Matlab软件对两种方案进行仿真，最终确定出更适合的方案。再在此方案中引入转速的模糊自整定PID控制，通过仿真确定其效果优于转速的PID控制效果。结果表明，转速的模糊自整定PID控制下的电机转矩跟随主从控制更具优越性。并通过现场的调试试验验证了PID控制下电机转矩跟随主从控制方案的正确性，从侧面验证了转速的模糊自整定PID控制策略的优势。
【关键词】：双护盾TBM 泵的控制方式 撑靴液压系统 刀盘驱动系统 负载均衡性 仿真
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH137.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 TBM 的发展综述10-13
• 1.2.1 TBM 国外发展现状10-11
• 1.2.2 TBM 国内发展现状11-13
• 1.2.3 与国外的差距13
• 1.3 双护盾 TBM 主要技术功能的简介13-15
• 1.3.1 推进系统13-14
• 1.3.2 撑靴系统14
• 1.3.3 刀盘驱动系统14-15
• 1.4 仿真技术的应用15-16
• 1.4.1 液压系统的仿真技术15-16
• 1.4.2 先进控制策略在刀盘驱动系统中的应用16
• 1.5 课题的研究内容和研究意义16-18
• 1.5.1 主要研究内容16-17
• 1.5.2 研究意义17-18
• 第2章 双护盾 TBM 撑靴液压系统的研究18-37
• 2.1 TBM 的整体结构介绍18-20
• 2.2 A11-LRDS 泵在液压系统中的应用20-22
• 2.2.1 双护盾 TBM 中 A11-LRDS 泵的选用20-21
• 2.2.2 控制方式改造后泵的工作原理21-22
• 2.3 AMESim 软件简介22-23
• 2.4 撑靴液压系统模型的建立23-29
• 2.4.1 撑靴液压系统的工作原理23-25
• 2.4.2 A11-LRDS 泵的仿真模型的建立25-28
• 2.4.3 逻辑阀仿真模型的建立28-29
• 2.5 撑靴液压系统的仿真分析29-33
• 2.6 TBM 撑靴液压系统的调试实验研究33-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第3章 双护盾 TBM 刀盘驱动系统设计及数学模型37-54
• 3.1 刀盘驱动系统的技术要求37
• 3.2 刀盘驱动系统方案的确定37-38
• 3.3 多电机驱动刀盘的传动结构38-39
• 3.4 刀盘驱动系统的设计计算39-43
• 3.4.1 刀盘驱动扭矩的计算39-42
• 3.4.2 刀盘驱动电机、减速机的选型计算42-43
• 3.5 对刀盘驱动系统提出的控制要求43-44
• 3.6 刀盘驱动系统的数学模型44-53
• 3.6.1 矢量控制原理44
• 3.6.2 交流异步电机在矢量控制中的数学模型44-51
• 3.6.3 交流变频电机的传递函数的建立51-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第4章 双护盾 TBM 刀盘驱动系统的仿真研究54-80
• 4.1 多电机转速并行控制的 PID 仿真分析54-66
• 4.1.1 PID 控制的基本理论的引入54-55
• 4.1.2 磁链 PID 控制器的设计55-57
• 4.1.3 转矩 PID 控制器的设计57-58
• 4.1.4 转速 PID 控制器的设计58-59
• 4.1.5 PID 仿真分析59-66
• 4.2 电机的转矩跟随主从控制的 PID 仿真分析66-68
• 4.3 电机的转矩跟随主从控制的模糊自整定 PID 仿真分析68-75
• 4.3.1 模糊控制的基本介绍68-69
• 4.3.2 模糊自整定 PID 控制原理69-71
• 4.3.3 转速环模糊自整定 PID 控制器的设计71-73
• 4.3.4 模糊自整定 PID 仿真分析73-75
• 4.4 转速跟随控制下的两种控制策略的对比仿真分析75-76
• 4.5 刀盘驱动系统现场调试76-79
• 4.6 本章小结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果86-87
• 作者简介87

【参考文献】

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本文编号：822779