基于恒压网络的盾构土压平衡系统的建模与仿真研究

摘要

随着我国城市地铁建设的迅速发展，盾构法隧道施工技术以其独有的智能化、安全、快捷等特点和优势，越来越得到推广和应用。土压平衡(EPB)式盾构机是盾构法施工中应用最为广泛的隧道挖掘设备，其EPB系统的特性直接影响盾构施工质量和效率。因此，研究提高盾构EPB系统的性能具有重要的工程实际意义。 本研究前期根据相似性准则，搭建了基于恒压网络的盾构EPB模拟系统，模拟实验研究表明，这种基于恒压网络的盾构EPB模拟系统与传统的泵控马达式的盾构EPB模拟系统相比，具有响应速度快、节能等优点。 为了进一步研究恒压网络技术应用于实际盾构和双圆实际盾构EPB系统的可行性，有必要进行工程实验或模拟实验研究。但由于受经济性、安全性以及可能性等因素的限制，在实际盾构上开展工程实验和建立双圆盾构EPB模拟系统均存在相当的难度。因此，有必要采用数学模拟的方法，通过仿真实验进行前期的基础研究。 本课题首先采用功率键合图法建立基于恒压网络的盾构EPB模拟系统数学模型，在Matlab/Simulink中建立其仿真模型，并进行仿真研究，利用实验数据验证模型的有效性。然后，在泵控马达式和基于恒压网络的盾构EPB模拟系统仿真模型基础上，建立泵控马达式和基于恒压网络的双圆盾构EPB模拟系统仿真模型，并进行仿真研究。结果表明它们可分别实现双圆盾构EPB模拟系统的工况模拟，对建立泵控马达式和基于恒压网络的双圆盾构EPB模拟系统有借鉴作用。 在上述研究基础上，本文以典型的S-329型盾构EPB系统为例，建立了数学模型和仿真模型，并进行仿真研究。通过仿真与实际数据对比，验证了仿真模型是基本有效的。在该仿真模型的基础上，本文又建立了基于恒压网络的盾构EPB系统的仿真模型，并进行仿真研究。结果表明了基于恒压网络的盾构EPB系统具有响应速度快等优点。为将恒压网络技术应用于实际盾构EPB系统提供了重要的参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1液压系统仿真研究现状

1.2.2盾构及其EPB系统研究现状

1.3本课题研究的目的及意义

1.3.1研究的目的

1.3.2研究的意义

1.4课题来源及主要工作内容

1.4.1课题来源

1.4.2本文主要工作内容

1.5论文的组织结构

第二章基于恒压网络的盾构EPB模拟系统

2.1盾构EPB系统

2.2基于恒压网络的盾构EPB模拟系统

2.3本章小结

第三章基于恒压网络的盾构EPB模拟系统建模与仿真

3.1建模方法的选择

3.2功率键合图简介

3.2.1键合图的基本构成元素

3.2.2液压系统功率键合图的建立

3.3模拟系统的功率键合图

3.4模拟系统的数学模型

3.5仿真模型的建立

3.5.1 Simulink的简介

3.5.2仿真模型在Simulink中的实现

3.5.3模型参数设定

3.5.4模型仿真研究

3.6本章小结

第四章基于恒压网络的双圆盾构EPB模拟系统建模与仿真

4.1双圆盾构

4.1.1双圆盾构及其EPB系统

4.1.2双圆盾构的特点

4.2泵控马达式双圆盾构EPB模拟系统建模与仿真

4.2.1泵控马达式双圆盾构EPB模拟系统

4.2.2泵控马达式双圆盾构EPB模拟系统功率键合图

4.2.3泵控马达式双圆盾构EPB模拟系统仿真模型

4.2.4泵控马达式双圆盾构EPB模拟系统仿真

4.3基于恒压网络的双圆盾构EPB模拟系统建模与仿真

4.3.1基于恒压网络的双圆盾构EPB模拟系统

4.3.2基于恒压网络的双圆盾构EPB模拟系统功率键合图

4.3.3基于恒压网络的双圆盾构EPB模拟系统仿真模型

4.3.4基于恒压网络的双圆盾构EPB模拟系统仿真

4.4本章小结

第五章基于恒压网络的盾构EPB系统建模与仿真

5.1 S-329型海瑞克盾构EPB系统建模与仿真

5.1.1 S-329型海瑞克盾构及其EPB系统

5.1.2 S-329型盾构EPB系统功率键合图

5.1.3 S-329型盾构EPB系统数学模型

5.1.4 S-329型盾构EPB系统仿真模型

5.1.5 S-329型盾构EPB系统仿真

5.2基于恒压网络的盾构EPB系统建模与仿真

5.2.1基于恒压网络的盾构EPB系统

5.2.2基于恒压网络盾构EPB系统功率键合图

5.2.3基于恒压网络的盾构EPB系统仿真模型

5.2.4基于恒压网络的盾构EPB系统仿真

5.2.5本章小结

结论

一总结

二进一步的工作

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢