盾构推进液压阀组AMESim仿真

　　引 言

　　盾构依靠液压缸的推力向前推进，其前进方向和形态是靠液压缸的协调动作实现的。由于复杂的地质条件，在盾构施工过程中存在诸多不可预见的问题，为了保证 隧道施工曲线的准确性和严格控制推进过程中地表的沉降，盾构推进液压系统必须能够可靠地完成工作。作为此系统的关键组成部件，推进液压阀组要具有良好的动 态特性，否则会影响整个掘进过程的控制，从而引起事故。为掌握推进液压阀组的动态特性，我们采取仿真的方法来完成。

　　AMESim 是一个图形化的开发环境，用于工程系统建模、仿真和动态性能分析，能使工程人员从繁琐的数学建模中解放出来，尤其在液压系统的仿真方面具有很强的针对性和优越性。

　　1 推进液压阀组原理

　　盾构推进缸采用分区控制，下面以 16 个液压缸为例进行分区，见图1。

　　16 个液压缸分成 A、B、C 和 D 四个区。A 区和C区为 5 个油缸一组，B 区和 D 区为 3 个缸一组，每个分区的推进缸动作由单独的一组液压回路控制。盾构液压缸采取分区控制能够更好地控制盾构机的掘进形态,同时简化液压回路的设计。

　　推进缸液压控制原理（见图 2），与液压缸分区一一对应分为 A、B、C、D 四组控制回路，每组由 3个或 5 个推进液压阀组构成，每个液压缸对应一个推进液压阀组。推进液压阀组与主回路上的电液换向阀配合控制每个液压缸的伸缩。由于每组控制回路中的推进液压阀组 相同, 所以只取其中一组进行分析，简化后原理见图3，并用此图进行建模仿真。

　　盾构油缸推进时电液换向阀 YHa 得电，来自系统的压力油经电液换向阀 1B 口，一路压力油进入梭阀，另外一路电磁换向阀 4 得电，主压力油经逻辑阀，进入液压缸无杆腔。为防止推进压力过大对系统造成破坏，在控制油路中加上溢流阀起安全保护作用，压力值设为34.3 MPa ,有杆腔油液经电液换向阀1的 T 口回油箱。

　　2 组建模仿真与分析

　　AMEsim是法国 IMAGINE 公司于 1995 年推出基于键合图的液压／机械系统建模仿真及动力学分析软件。该软件的主要特点是模型库丰富，多达 14类，涵盖了机械、液压、控制，以及液压管路、液压元件设计、液压阻力、气动、热流体和冷却等领域，且采用易于识别的标准 ISO 图标和简单直观的多端口框图，方便用户建立复杂系统。

　　由于推进液压系统采用压力流量复合控制，因此对推进液压阀组仿真建模也分为两种情况：一种是当流量恒定时压力变化，即外负载发生变化时，推进液压阀组的流量变化特性见图 4；另一种是当压力一定时，即外负载恒定时，流量变化时推进液压阀组的压力变化特性,见图6。