淺談盾構機在城市隧道中的應用

淺談盾構機在城市隧道中的應用

盾構液壓推進系統(tǒng)隧道開挖是一種專用的技術設備。它具有自動化程度高、建設機械簡單、施工速度快、一次開挖、不受氣候影響等特點。在挖掘過程中，可以控制地面沉降，減少對地面建筑的影響，并在水下開挖過程中不影響地面交通。它是城市隧道的首選設備。盾構液壓推進系統(tǒng)是盾構機的主要系統(tǒng)之一,整個盾構機的前進推力是靠液壓缸提供的,其前進方向和姿態(tài)調整也是靠液壓缸之間的協(xié)調控制實現(xiàn)的正確控制液壓缸動作是整個液壓推進系統(tǒng)的技術難點。由于推進系統(tǒng)既要滿足盾構機整體的推進力要求,同時也要滿足盾構機的推進速度和方向的要求,單純的壓力控制系統(tǒng)或者流量控制系統(tǒng)很難滿足其運行要求,必須把兩者結合起來,形成壓力流量復合控制來實現(xiàn)盾構機液壓推進系統(tǒng)的控制任務。因此,通過AMESIM對盾構機液壓推進系統(tǒng)進行分析、建模,研究其動態(tài)性能,就成為實現(xiàn)盾構機推進系統(tǒng)控制的首要任務?；炷疗鰤K機的液位盾構機液壓推進系統(tǒng)承載著整個盾構機的頂進任務,主要實現(xiàn)盾構機的正常掘進管片的拼裝曲線行進以及姿態(tài)糾偏等功能。各系統(tǒng)的組成現(xiàn)以在德國海瑞克盾構機的基礎上進行國產化設計的盾構機為對象,進行研究分析。其推進系統(tǒng)主要由推進油缸、恒壓變量泵站、比例溢流閥、比例調速閥、電磁換向閥以及相關檢測元件等組成。整個系統(tǒng)由32個推進油缸組成,分為16對(圖1)。推進系統(tǒng)推進油缸數(shù)量較多,如果要對每個液壓缸都單獨進行控制,不僅使得整個推進系統(tǒng)很復雜,而且控制難度也很大,成本也會大大提高。所以文中盾構機推進系統(tǒng)采用的是分區(qū)控制方式,從圖推廣系統(tǒng)工作原則盾構機液壓推進系統(tǒng)盾構機運行時分為兩種工作模式:正常推進模式和管片拼裝模式。正常推進模式下,液壓油流經恒壓變量泵口、過濾器比例動態(tài)特性分析本文對液壓推進系統(tǒng)的仿真分析主要是研究該系統(tǒng)壓力和速度的控制特性,即對比例溢流閥、比例調速閥、推進油缸以及負載的動態(tài)特性進行分析。由于系統(tǒng)中的一些液壓元件如插裝閥、過濾器以及起過載保護的溢流閥對仿真結果的影響不大,為了便于仿真,對液壓推進系統(tǒng)進行了簡化,簡化模型如圖比例傳動閥比例溢流閥是通過比例電磁鐵直接產生推力,推動閥芯,由于作用在比例電磁鐵上的電壓是可以連續(xù)變化的,所以可以產生大小不同的推力,從而產生連續(xù)變化的液壓壓力。比例調速閥是通過比例電磁鐵作用在閥芯上,帶動閥心動作,通過改變閥芯開口的大小來改變液阻,從而控制流量的大小。本文采用的比例調速閥是由比例節(jié)流閥和定值減壓閥串聯(lián)而成的,在比例節(jié)流閥前面串聯(lián)一個定值減壓閥可以讓油液先經過減壓閥閥芯產生一次壓降,利用減壓閥閥芯的自動調節(jié)功能,可以使得比例節(jié)流閥兩端壓差基本保持不變,從而實現(xiàn)了通過輸入電壓對流量的線性控制。由于高中運動系統(tǒng)的模擬模型利用模擬分析開環(huán)壓力控制模擬推進系統(tǒng)開環(huán)壓力控制仿真時,三位四通電磁閥輸入負信號處于右位,負載設為壓力調整時,液壓缸的壓力流量變化如圖負載設為流量調整的情況推進系統(tǒng)開環(huán)流量控制仿真時,三位四通電磁閥輸入負信號處于右位,負載設為流量調整時,液壓缸的壓力流量變化如圖從上面兩幅仿真圖可以看到,壓力的變化會引起流量的波動,流量的變化又會引起壓力的波動,所以單純的壓力控制或者流量控制都滿足不了系統(tǒng)的控制要求。壓力和流量復合控制本文采用常規(guī)的閉環(huán)控制仿真系統(tǒng)如圖系統(tǒng)閉環(huán)復合控制仿真時,三位四通電磁閥輸入負信號處于右位,負載設為10kN,比例溢流閥壓力設定為7.5MPa,比例調速閥流量先設定為21L/min,10s后設定為42L/min,再過10s后設定為21L/min。圖9所示為壓力流量復合控制下推進油缸的壓力和流量曲線圖。該圖說明采用閉環(huán)復合控制可以較好的進行壓力和流量調節(jié)