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盾构刀盘高效电液驱动技术研究

发布时间:2018-01-05 19:13

  本文关键词:盾构刀盘高效电液驱动技术研究 出处:《浙江大学》2017年博士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 刀盘系统 调速特性 效率特性 刀盘连续调速电液驱动系统 优化决策方法 刀盘变转速变排量电液驱动系统


【摘要】:盾构掘进机可在不影响地面设施的前提下开展隧道施工的一体化作业,是面向国家基础设施建设而研制的大型复杂装备。随着盾构机技术的不断提升,盾构隧道施工方法得到了广泛应用。刀盘系统作为盾构掘进机的关键子系统,不仅是耗能巨大,而且其性能还直接影响隧道施工的速度与安全。因此,刀盘驱动技术是盾构掘进机的关键技术之一。本文主要为提高刀盘系统的调速特性与效率特性,针对刀盘电液驱动系统开展优化设计与优化控制的研究。具体研究内容如下:第一章,介绍盾构机的施工原理与施工特点;阐述盾构机的发展状况,重点介绍近年来国内盾构掘进机的研制状况;概括现有盾构机刀盘系统的主要驱动方式,对面向刀盘电液驱动系统节能技术而开展的优化设计研究与优化控制研究,进行系统总结分析;并进一步提出本文的研究内容。第二章,设计一刀盘连续调速电液驱动系统。在分析传统盾构机刀盘电液驱动系统调速特性的基础上,本章提出了一刀盘连续调速电液驱动系统的设计方案。针对这一新型系统,设计一分段补偿控制方法,数值分析系统在该控制方法下的额定工作域特性。通过损耗建模方法,揭示刀盘液压系统效率的分布特性,为系统节能提供参考。此外,还提出可通过优化管路连接模式来提高刀盘液压系统效率的方法。最后,通过建模仿真的方法,分析刀盘转动惯量、管路模式与马达排量对刀盘系统速度刚度特性与速度调节特性的影响,为刀盘电液驱动系统的优化设计与优化控制提供理论指导。第三章,提出一种刀盘电液驱动系统优化决策方法。通过分析传统刀盘载荷参数,得到一刀盘载荷特征的定义方法,并设计出刀盘载荷特征在线预测算法。基于现场施工数据,对该新型预测算法的预测精度进行了数值分析。通过实验方法,揭示刀盘电液驱动系统在不同电机模式下的系统效率特性。结合刀盘载荷特征在线预测算法与系统效率特性分析结果,进一步提出一刀盘电液驱动系统的优化决策方法。第四章,开展刀盘电液驱动系统的优化控制分析。对某隧道的5个等间隔隧道段的掘进参数进行优化决策,并得到试验台的优化控制模式。将5个隧道段的现场刀盘转速与刀盘扭矩数据,经相似变换后加载到刀盘电液驱动试验台,测试并分析系统优化前与优化后的能耗特性与能量传递特性,以分析优化决策方法的效率优化特性。进一步通过实验,对刀盘电液驱动系统进行驱动模式应急切换(刀盘控制模式优化失效时)时的电气冲击进行分析。最后通过建模仿真,对刀盘系统在进行驱动模式应急切换过程中的转速波动情况进行分析。第五章,对刀盘变转速变排量电液驱动系统的效率特性进行试验分析。对一变转速变排量泵控马达试验系统的额定工作域进行数值分析。通过实验,分析该新型驱动方式的效率随变量泵排量的变化而产生的变化,从环节角度揭示这一变化的原因,并得到系统在不同工作点的最高效率及其对应的变量泵排量。通过优化驱动,进一步得到系统在全工作域内高效工作的效率谱。将该效率谱与传统变排量泵控马达电液驱动系统的效率谱进行对比分析,得到两系统各自的优势效率工作域。此外,还对新型变转速变排量泵控马达电液驱动系统的待机功耗特性进行实验分析。最后,提出一种刀盘变转速变排量电液驱动系统的设计及驱动方案。第六章,总结本文主要的研究工作,并对今后刀盘电液驱动系统方面的研究工作提出一些建议。
[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.

【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U455.39

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本文编号:1384453

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