液压气动与害封/2014年第02期
盾构刀盘驱动模拟装置液压系统设计与研究
冯欢欢，王助锋，张合沛，陈桥
（中铁隧道集团盾构及揭进技术国家重点实验室，河南郑州450001）
编要；论述了一种盾构刀盘驱动模拟装置液压系统工作原理，从变量泵、电机及液压马达选型、发热计算等方面对其液压系统进行了设计与研究，并根据实验需求，按照等比缩放原则，设计了模拟刀盘惯性负载的惯性轮。该模拟装置，能够为进行盾构刀盘驱动液压控制系统的研究提供可靠的实验平台。
关键调：盾构；刀盘驱动；液压系统；模拟装置；实验平台；设计
中图分类号：TH137.9
文献标识码：A
文章编号：10080813(2014)020014-03
DesignandStudyontheHydraulicSystemof aShieldCutterDriveSimulator
FENG Hunhuan,WANG Zhu-feng,ZHANG Hepei,CHEN Qiao(State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology, China Railway Tunnel Group,Zhengzhou 450001,China)
Abstract: The hydraulic system working principle of a shield cutter drive simulator was expounded, which was designed and studied from the aspects of variable pump, electric motor, and hydraulic motor seleetion, heat calculation, and so on. Based on the experimental requirements, inertia wheel was designed on a prorata basis, which was used to simulate the inertia load of cutter. The
simulator will provide reliable experimental platform for researching on the hydraulic system of shield cutter head Key words: shield; cutter head; hydraulie system; simulator; experimental platform; design
0引言
盾构刀盘驱动液压系统是一个具有大功率、大时滞性、功率变化范围宽等特点的非线性时变系统其外负载也随开挖面地质条件的变化面实时变化。如果采用阀控马达的系统形式，系统功率必然按所需的最大功率设计，在遇到欠负载工况时，系统效率低下，大量的功率将通过热的形式耗散，使系统发热严重I-。采用全局功率自适应的泵控马达系统是解决这一间题的有效途径，也是盾构液压控制技术的发展趋势6-期。为更好研究并推广泵控马达技术在盾构刀盘驱动系统中的应用，本文针对一种盾构刀盘驱动模拟实验装置的液压
系统进行了设计与分析。 1工作原理
盾构刀盘驱动模拟实验装置液压系统主要由驱动部分和负载模拟部分组成。变量柱塞泵3与变量马达4 共同组成驱动系统，在进行刀盘驱动实验时，通过改变
基金项目：国家973计刘课题(2012CB724308)；国家国际科技合作专项(2011DFB71550)
收稿日期；201306-18
作者简介；冯欢欢(1987-)，男，潮北随州人，助理工程师，硕士，主要从事盾构液压系统设计与研究。
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变量泵的排量及方向来调节刀盘转速及转向，进行刀盘泵控马达调速实验。变量马达4为弯轴结构式轴向柱塞变量马达，排量通过内部集成比例阀进行控制，其输出轴装有力矩转速传感器14，可实时检测刀盘的转速和输出力矩，回路中的压力传感器可以实时检测系统的压力，根据转速和压力（或转速和马达输出力矩）制定各种控制策略，对力盘转速进行实时控制。其基本液压原理如图1所示。
负载模拟部分的惯性负载由惯性轮模拟，盾构摄进时刀盘切削土体和克服摩擦的扭矩则由液压泵7施加，扭矩大小通过调整比例溢流闵13来控制；另外，通过改变比例溢流阀13的输人信号可获得不同的扭矩加载形式。由于加载回路溢流阀在进行加载时会产生大量热量，故在其出口处装有冷却器12，通过冷却器强制冷却回路，从而保证加载闭式回路温升在允许范围之内。
2液压系统设计
刀盘实验系统按照系统压力：≥30MPa，单泵流量： ≥50L/min的要求进行设计。在实验系统中，由于需要进行不同负载条件下的刀盘驱动模拟实验，因此该加载系统需具备变惯性负载、变力矩负载加载的功能。其