土压平衡顶管机液压驱动系统研究

摘要

土压平衡顶管机是一种集多项技术于一体的地下管道铺设设备，具有使用土质范围广、性能稳定、环境污染小和地面变形小等优异性能。近年来，伴随着我国城市化进程的加快，土压平衡顶管机的使用范围日益广泛，研究其驱动系统的相关设计理论与设计方法，可为顶管机设备的设计制造提供一定的理论参考。
　　本文首先分析了国内外顶管机行业的发展历史与研究现状，重点分析了土压平衡顶管机的驱动方式和驱动系统的发展方向，提出液压驱动方式具有安装尺寸小、成本低以及适应剧变工况等优点更适合作为土压平衡顶管机的驱动方式，并以工称直径φ2200 mm土压平衡顶管机为例，采用理论分析、参数计算和模拟仿真等方法，设计出其液压驱动系统并进行性能仿真。
　　论文所设计的土压平衡顶管机液压驱动系统分为刀盘驱动系统、纠偏驱动系统和输土驱动系统，其中刀盘驱动系统采用变量泵—变量马达闭式容积控制回路、油缸“＃”字型布置的纠偏驱动系统、输土系统采用变量泵—定量马达开式容积控制回路，利用蓄能器实现出土闸口的紧急关闭。基于上述基础，完成了各系统参数匹配计算与关键液压元件选型，建立了AMESim仿真模型并进行仿真分析。仿真结果表明:刀盘驱动系统调速平稳，在剧变载荷条件下0.5s内刀盘能够稳定至额定转速工作;纠偏系统能在负载刚度1e-7N/m及以下的土层中正常工作;输土系统在负载波动条件下，能稳定工作，蓄能器在紧急情况下能快速关闭出土闸口。论文设计的液压驱动系统能够满足实际工程需要，为土压平衡顶管机液压驱动系统进一步优化设计提供一定参考。

目录

声明

摘要

插图或附表清单

1 绪论

1．1 顶管施工法及顶管概述

1．1．1 顶管施工法概述

1．1．2 顶管机概述

1．2 顶管机的发展历史及研究现状

1．2．1 顶管机国外发展历史及研究现状

1．2．2 顶管机国内发展历史及研究现状

1．3 土压平衡顶管驱动方式概述

1．3．1 土压平衡顶管驱动方式分析

1．3．2 土压平衡顶管机驱动系统发展方向

1．4 课题研究意义及研究内容

1．4．1 课题研究意义

1．4．2 课题研究内容

2 液压驱动系统设计

2．1 土压平衡顶管机工况分析

2．1．1 主顶系统工况分析

2．1．2 刀盘驱动系统工况分析

2．1．3 纠偏驱动系统工况分析

2．1．4 输土驱动系统工况分析

2．2 土压平衡顶管机液压驱动系统设计

2．3 刀盘液压驱动系统

2．3．1 刀盘液压驱动系统性能要求

2．3．2 刀盘液压驱动系统方案确定

2．3．3 刀盘驱动系统参数计算与关键设备选型

2．4 纠偏液压驱动系统

2．4．1 纠偏液压系统性能要求

2．4．2 纠偏液压系统方案确定

2．4．3 纠偏液压系统参数计算与关键设备选型

2．5 输土液压驱动系统

2．5．1 排土液压系统性能要求

2．5．2 液压系统方案确定

2．5．3 排土液压系统参数计算与设备选型

2．6 土压平衡顶管机液压驱动系统原理图总图

2．7 本章小结

3 液压驱动系统仿真模型

3．1 软件简介

3．1．1 AMESIM软件简介

3．1．2 MATLAB与SIMULINK软件简介

3．1．3 AMESim／MATLAB联合仿真简介

3．1．4 仿真模型的建立步骤

3．2 刀盘液压驱动系统仿真模型

3．2．1 变量泵系统模型

3．2．2 马达负载模型

3．2．3 MATLAB Simulik控制模块搭建

3．2．4 刀盘液压驱动系统总模型

3．3 纠偏液压驱动系统仿真模型搭建

3．3．1 纠偏液压缸负载模型

3．3．2 控制回路模型

3．3．3 纠偏液压驱动系统整体仿真模型

3．4 输土液压驱动系统仿真模型搭建

3．4．1 螺旋输送机与负载模型

3．4．2 闸口油缸回路模型

3．4．3 泵排量控制模型

3．4．4 输土液压驱动系统整体仿真模型

3．5 本章总结

4 液压驱动系统性能仿真与分析

4．1 刀盘液压驱动系统仿真与分析

4．1．1 刀盘空载运转性能

4．1．2 刀盘转速调节性能

4．1．3 实际负载下的转速控制性能

4．1．4 负载波动影响

4．2 纠偏液压驱动系统仿真与分析

4．3 输土液压驱动系统仿真与分析

4．3．1 螺旋输土机空载运行性能

4．3．2 螺旋输土机带载运行性能

4．3．3 闸口油缸运行性畿

4．3．4 蓄能器运行性能

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果