基于AMESim的盾构刀盘负载敏感系统仿真研究

驱动液压
系统结构模型，结合某型盾构机实际施工过程,在软土
收稿日期$2018-12-21 基金项目：陕西省重点研发计划项目(2018SF-378) 作者简介:拜颖乾(1984—),男，陕西渭南人，硕士，主要研究 领域为流体传动与控制及数字图像处理技术等。
2019年第9期
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与砂土 2种不同地质条件下,使系统运行于3种不同
械领域的应用越来越普遍。针对盾构施工中复杂多变 的地质条件，采用负载敏感泵作为刀盘主驱动系统的
动力元件，利用AMESim软件搭建该泵的结构模型，通
过分析其模型与工作原理得出，该泵在变负载情况下
可以自动调节输出流量大小，始终保持输出功率不变,
能量损耗小、回路效率高。故本研究以负载敏感泵为
动力源,
AMESim 件 盾构
率，每 率条件下系统效率、转及转速随负
载的变化，为同 条件
盾构
液
压系统效率，减小系统
据。
1负载 泵的模型、原理及仿真分析
11 工作原理
负载敏感泵由 式变量泵、控制
、压力补
偿阀及带
道的敏感阀等组成,其结构简图如图
1所示。
； Pls
?——敏感阀阀芯位移
Y —敏感阀弹簧刚度
2)斜盘的动态方刀盘；负载敏感泵；节能'AMESO 中图分类号:TH137&TH69 文献标志码：B 文章编号：1000限858 (2019 )09-0056-07
Simulation Research on Load Sensitive System of Shield Cuttero Based on AMESgn
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2019年第9期
doi ： 10.11832/j. issn. 1000-4858.2019. 09.009
基于AMESim的盾构刀盘负载敏感系统仿真研究
拜颖乾1,高攀科1,任 锐2
(1.陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714099； 2.长安大学，陕西西安710064)
摘 要：盾构机刀盘驱动系统的核心是液压系统。针对盾构施工中不同区域的地层差异性，为使盾构
BAI Ying-qian1, GAO Pan-ke1, REN Rui2
(1. Shaanxi Railway Institute, Weinan, Shaanxi 714099; 2. ChangSn University, Xi'an, Shaanxi 710064)
Abstract: Tha core of tha cuttao dove system of shield tunneling machine is hydraulc system. Fgo shield construction ia dmferenr■eaions of tha formation of tUa diferencas, ta make tha shield cuttar head hydraulic drive system, eneray conservetion and consumption reduction, tUa load sensitive pump as tUa main dOe tha power sourca of tUa hydraulic system, ta establish system modd by using AMESirn software, and through a co/oX type of shield machinein ihesooisoiland sandysoilload eandom changeundeeiwodioeeeniooemaiion condiiions, ou lpowee simulation system, respectively, 80% powac and 60% powac, tha changas of tha system sfiemneo and eneray consumption. Tha conclusion proves that soft soil layac should ba operated in full power mode to improve system aficienco and reduco eneray consumption, while sand layac should ba operated ix 60% power moda. Key words : cutters of shielO machine, load sensitive pump, ddyy saving, AMESim
(2)
式中，？一敏感阀的流量增益
Yp — 敏感阀的流量压力系数
?p
控制
位
Z— 与缸体 心轴的转动惯量
9—控制 ：1 ------------
大腔的容积 大腔面积
N ——活塞中心到斜盘中心的距离 !—有效体积的弹 量
X—
大腔 系数
由式(1)、式(2)经过推导
出负载敏感泵的
开环传递函数为：
图1负载敏感泵结构简图
工作
，当系统处于较低压力
，泵
工作
最大的位置，此 出流量最大， 负载
快速运动，而泵输出的功率’随着负载的增大，敏
感
系统的流量需求，压力
系统压力，
使
改变泵的
，调节流量的大小，使泵
引言 盾构机是一种集机械技术、电子技术、控制技术、
通信技术等多学科交叉而成的机电一体化设备。凭借 其高效、快速、安全的特性，盾构机在世界各国的隧道 施工领域有着广泛的应用’液压驱动系统是盾构机刀 盘的动力源,驱动刀盘转动,为盾构机开挖隧道提供切 削力。传统定量泵与溢流阀组成的液压系统在变负载 的情况下存在较大的能量损失，功率损耗大、回路效率 低[1]'负载敏感技术因其节能、高效的特性在工程机
刀盘液压驱动系统节能减耗，采用负载敏感泵作为主驱动液压系统的动力源，利用AMESic软件搭建系统模 型，并通过某型盾构机在软土和砂土两种不同地层下负载随机变化的情况,分别模拟系统全功率运行、80% 功率运行和60%功率运行下，系统效率及能耗的变化情况。结论证明，软土地层为提高系统效率，减小能 耗，宜在全功率模式下运行，而砂土地层宜在60%功率模式下运行。