基于模糊控制理论,设计了一种盾构机刀盘智能变功率液压系统。该系统相对传统多级恒功率系统,增加了刀盘转速和扭矩传感器以及模糊控制运算模块,通过联合仿真,对比分析了恒功率与智能变功率液压驱动系统的转速控制效果和工作效率,验证了该液压驱动系统的合理性与可行性。

利用有限元分析的方法分别对改造前、改造后的盾构机刀盘进行强度分析,根据分析结果,改造前刀盘最大等效应力为147.97 MPa,最大变形为1.76 mm;改造后刀盘最大等效应力为150.79 MPa,最大变形为1.85 mm;改造前后刀盘最大等效应力均出现在刀盘牛腿与刀盘面板结构焊接处;刀盘改造后最大等效应力增加了2.82 MPa,增加率为1.9%,最大变形增加了0.09 mm,增加率为5.1%;改造后盾构机刀盘强度及刚度均满足施工需求。

液压系统是驱动盾构机刀盘转动的核心,由电动机、变量泵、变量马达等元件组成。盾构机作为目前地铁施工的主流设备,面对复杂多变的地质条件,刀盘容积调速系统如何减小由系统输入扰动导致的马达转速扰动,使刀盘稳定运行,是值得研究的关键问题。讨论了一种PID+前馈补偿控制方法,通过对系统数学模型的分析,建立了AMESim刀盘容积调速系统仿真模型,并通过实验得到了系统转速特性曲线。结果表明,PID+前馈补偿方法相比于常规PID控制方法,将马达转速的瞬

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AMESim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。