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土压平衡盾构机液压推进系统设计研究
| 论文题名： | 土压平衡盾构机液压推进系统设计研究 |
| 关键词： | 土压平衡盾构机;AMESim仿真;模糊PID;液压推进系统 |
| 摘要： | 随着盾构施工技术在我国重大工程建设中的普及，盾构机的地质适应能力受到了越来越多的关注。目前，大多数盾构机的液压推进系统仅提供一种控制模式，控制方法单一。为了克服这种情况，实现一台盾构机在一条具有几种土层土质的隧道中连续挖掘，本文将比例溢流阀和调速阀相结合的压力流量复合控制方案与减压阀和比例变量泵相配合的减压阀控制方案整合到一套推进系统中，设计出一种具有两种控制模式的盾构液压推进系统。针对其中的比例减压阀控制模式，运用AMESim软件进行了开环控制仿真、闭环控制仿真、多缸运动控制仿真及推进控制算法设计研究，最后制造了一台Φ1.8 m缩尺盾构机，在盾构掘进试验台上进行了模拟掘进试验。试验结果表明：比例减压阀控制模式下，该缩尺盾构机进行调速时，速度超调量约为12.5％，压力波动不大于0.5 MPa；在进行压力调节时，速度波动小于0.3 mm/min，压力超调量不大于15%。论文的主要研究工作包括： 第一章首先介绍了盾构机的组成、分类及盾构技术的国内外发展概况，然后分析了盾构推进系统的工作原理、国内外研究现状以及我国在盾构推进系统研究中存在的问题。最后阐述了课题研究的意义和目的，归纳了文章的各部分内容及联系。第二章从盾构机的动力学分析入手，推导了推进阻力的计算公式，进行了推进油缸的选型和分区设计；然后依据管片受力最均匀原则，对各分区推进油缸数量进行了优化设计，为后文推进系统的设计奠定理论基础。第三章进行了盾构液压推进系统设计，主要包括推进系统电液控制关键技术研究、液压推进系统原理设计以及液压元器件的选型和校核等三部分内容。第四章首先构建了比例变量泵、比例减压阀和液压缸及负载的AMESim模型，然后对推进系统的比例减压阀模式进行了AMESim建模仿真，分析了其在开环、闭环和多缸协调运动控制下的压力流量变化情况。第五章针对推进系统的比例减压阀控制模式，设计了模糊PID控制算法对推进速度和压力分别进行精确控制，并在AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真界面上进行了联合仿真分析。最后制造了Φ1.8 m缩尺盾构机，并在盾构掘进实验台上进行了模拟掘进试验，验证了仿真的正确性。 |
| 作者： | 高向东 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 杨建玺;陈馈 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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