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浙江大学学报(工学版)  2020, Vol. 54 Issue (4): 816-823    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2020.04.021
土木工程、交通工程     
超大直径盾构管片拼装机关键技术
贾连辉(),李太运*()
中铁工程装备集团有限公司,河南 郑州 450016
Key technologies of segment erector for super-large shield machine
Lian-hui JIA(),Tai-yun LI*()
China Railway Engineering Equipment Group Limited Company, Zhengzhou 450016, China
 全文: PDF(1839 KB)   HTML
摘要:

依托15.03 m超大直径泥水盾构机管片拼装的需求,结合汕头海湾隧道管片及密封挤压力的参数,分析回转直径为9.2 m的超大惯量管片拼装机负载分布与变化情况. 根据分析结果优化了拼装机伸缩机构的结构尺寸,有效降低了伸缩机构的最大摩擦力;针对拼装机超大惯量变负载工况速度稳定控制的难点,设计管片拼装机回转液压系统,通过AMESim仿真分析变负载工况对系统的响应性能和速度稳定性的影响. 研究结果表明,伸缩机构伸缩油缸的侧向摩擦阻力与导向套长度负相关;设计的液压系统不仅能够实现较大范围的调速要求,而且速度控制稳定可靠,能够有效降低负载交变对回转速度稳定性的影响.

关键词: 超大泥水盾构管片拼装机载荷分布回转液压系统AMESim    
Abstract:

The load distribution and variation of 9.2 m segment erector with high moment of inertia were analyzed combined with the segment and sealing extrusion force parameters of Shantou Gulf Tunnel based on the segment erecting requirements for super large slurry shield machine of 15.03 m diameter. The structure design of segment erector telescoping mechanism was optimized according to the analysis results, which effectively reduced the maximum friction of telescoping mechanism. The rotary hydraulic system of segment erector was designed aiming at the difficulty of speed stabilization control of segment erector with high moment of inertia under variable load conditions. The influence of variable load conditions on the response performance and speed stability of the system was analyzed by AMESim simulation. Results showed that the lateral friction resistance of telescopic cylinder of telescoping mechanism was negatively correlated with the length of guide sleeve. The designed hydraulic system can not only meet the requirement of wide range speed regulation, but also have stable and reliable speed control, which can effectively reduce the influence of load alternation on the stability of rotary speed.

Key words: super large slurry shield machine    segment erector    load distribution    rotary hydraulic system    AMESim
收稿日期: 2019-01-23 出版日期: 2020-04-05
CLC:  U 455  
基金资助: 国家重点研发计划资助项目(2017YFB1302601)
通讯作者: 李太运     E-mail: jialianhui2005@163.com;18790259528@163.com
作者简介: 贾连辉(1981—),男,硕士生,从事盾构机设计制造的研究. orcid.org/0000-0001-8512-1116. E-mail: jialianhui2005@163.com
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贾连辉
李太运

引用本文:

贾连辉,李太运. 超大直径盾构管片拼装机关键技术[J]. 浙江大学学报(工学版), 2020, 54(4): 816-823.

Lian-hui JIA,Tai-yun LI. Key technologies of segment erector for super-large shield machine. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2020, 54(4): 816-823.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2020.04.021        http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2020/V54/I4/816

图 1  管片拼装机结构图
图 2  管片的六自由度示意图
图 3  伸缩机构示意图
图 4  伸缩机构运动副简图
图 5  伸缩油缸受力分析
图 6  伸缩系统液压原理图
图 7  管片旋转扭矩最大位置
图 8  回转液压系统原理示意图
参数 单位 参数值
马达排量 mL/r 110(可调)
变量泵排量 mL/r 140(可调)
溢流阀压力设定 MPa 25
比例阀额定电流 mA 40(可调)
比例阀固有频率 Hz 80
比例阀最大通流量 L/min 200
负载转动惯量 kg/m3 2 500(可调)
总减速比 ? 500
油液密度 kg/m3 850
油液体积弹性模量 MPa 700
电机转速 r/min 1 450
表 1  回转液压系统的主要仿真参数
图 9  回转液压系统AMESim仿真模型
图 10  给系统施加的随机外负载
图 11  随机外负载作用下的回转速度
图 12  多功能液压试验台
图 13  工厂测试数据采集
图 14  工地测试数据采集
图 15  拼装机带载旋转速度测试数据
图 16  拼装机带载旋转压力测试数据
图 17  拼装机旋转仿真与测试数据分析
1 张碧, 赵海峰, 杨涛, 等 盾构管片拼装机国内外研究现状[J]. 矿山机械, 2014, 42 (4): 1- 6
ZHANG Bi, ZHAO Hai-feng, YANG Tao, et al Research status of segment erector in shield tunneling machine at home and abroad[J]. Mining and Processing Equipment, 2014, 42 (4): 1- 6
2 YANG H Y, SHI H, GONG G F, et al Electro-hydraulic proportional control of thrust system for shield tunneling machine[J]. Automation in Construction, 2009, 18 (7): 950- 956
doi: 10.1016/j.autcon.2009.04.005
3 陈馈 琼州海峡隧道超大直径盾构新技术展望[J]. 隧道建设, 2014, 34 (7): 603- 607
CHEN Kui Prospect of new technology of oversize shield in Qiongzhou channel tunnel[J]. Tunnel Construction, 2014, 34 (7): 603- 607
doi: 10.3973/j.issn.1672-741X.2014.07.001
4 陈健, 黄永亮 超大直径泥水盾构施工难点与关键技术总结[J]. 地下空间与工程学报, 2015, 11 (Suppl.2): 637- 644
CHEN Jian, HUANG Yong-liang Summary of key technologies and construction difficulties in large diameter slurry shield tunnel[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2015, 11 (Suppl.2): 637- 644
5 刘金刚, 王凯, 廖金军 抑制管片拼装机起步冲击的模糊控制算法研究[J]. 机械科学与技术, 2017, 36 (2): 286- 291
LIU Jin-gang, WANG Kai, LIAO Jin-jun Study on fuzzy control algorithm for restraining starting impact of segment erector[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2017, 36 (2): 286- 291
6 李锁牢, 李明辉 基于AMESim的盾构管片拼装机液压回转系统仿真分析[J]. 液压与气动, 2017, (1): 35- 38
LI Suo-lao, LI Ming-hui Simulation analysis based on AMESim for shield segment erector hydraulic rotary system[J]. Chinese Hydraulics and Pneumatics, 2017, (1): 35- 38
doi: 10.11832/j.issn.1000-4858.2017.01.008
7 李宏波, 周建军, 张兵, 等 超大直径盾构管片拼装机液压和电控系统设计[J]. 液压与气动, 2016, (11): 36- 41
LI Hong-bo, ZHOU Jian-jun, ZHANG Bing, et al The design of hydraulic system and electric control system for extra-large diameter shield erector[J]. Chinese Hydraulics and Pneumatics, 2016, (11): 36- 41
doi: 10.11832/j.issn.1000-4858.2016.11.007
8 孙志超, 黄晓华 基于AMEsim盾构机管片拼装系统的建模与仿真[J]. 机床与液压, 2013, 41 (13): 144- 146
SUN Zhi-chao, HUANG Xiao-hua Modeling and simulation of segment erector system for shield tunnel machine based on AMESim[J]. Machine Tool and Hydraulics, 2013, 41 (13): 144- 146
doi: 10.3969/j.issn.1001-3881.2013.13.041
9 周倜. 小直径全断面掘进机管片拼装机液压系统设计及仿真[D]. 长春: 吉林大学, 2009.
ZHOU Ti. Simulation and design on hydraulic system for shield machine segment erector [D]. Changchun: Jilin University, 2009.
10 陈馈, 冯欢欢 盾构管片拼装模拟装置液压系统设计与仿真分析[J]. 液压气动与密封, 2014, 34 (9): 11- 14
CHEN Kui, FENG Huan-huan Design and study on the hydraulic system of a shield segment assembling simulator[J]. Hydraulics Pneumatics and Seals, 2014, 34 (9): 11- 14
doi: 10.3969/j.issn.1008-0813.2014.09.005
11 丁书福. 盾构管片拼装机电液控制系统研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2005.
DING Shu-fu. The research of the electro-hydraulic control system of the shield's erector [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2005.
12 LI G, CHEN Y D, WANG B, et al Dynamics simulation of asix -dof tunnel segment erector for tunnel boring machine based on virtual prototype[J]. Applied Mechanics and Materials, 2013, 251: 231- 234
[1] 赵艳龙,李醒飞,杨少波,李洪宇,徐佳毅,林越. 剖面浮标“浮星”可变浮力系统性能研究[J]. 浙江大学学报(工学版), 2020, 54(6): 1240-1248.
[2] 申明,高青,王炎,张天时. 电动汽车电池热管理系统设计与分析[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(7): 1398-1406.
[3] 张鹤然,欧阳小平,郭生荣,刘玉龙. 基于回油液阻的压力伺服阀啸叫分析[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(11): 2085-2091.
[4] 曾小华, 李文远, 李广含, 宋大凤, 李立鑫. 轮毂液驱车辆泵控系统建模[J]. 浙江大学学报(工学版), 2017, 51(8): 1603-1609.
[5] 孙伟, 杜家楠, 王林涛, 马宏辉. 盾构管片拼装机电液系统高速-低冲击控制方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2017, 51(10): 1948-1958.
[6] 廖湘平,龚国芳,彭雄斌,吴伟强. 基于黏性耦合机理的TBM刀盘脱困特性[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(5): 902-912.
[7] 刘统, 龚国芳, 彭左, 吴伟强, 彭雄斌. 基于液压变压器的TBM刀盘混合驱动系统[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(3): 419-427.
[8] 吕沁, 李德堂, 唐文涛, 曹伟男,金豁然, 胡星辰. 基于液压传动的振荡浮子式波浪发电系统设计[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(2): 234-240.
[9] 刘统, 龚国芳, 彭左, 吴伟强, 彭雄斌. 基于液压变压器的TBM刀盘混合驱动系统[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(2): 0-.
[10] 杜睿龙, 陈英龙, 周华, 王佳. 新型高速单柱塞轴向柱塞泵配流机构[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(10): 1902-1910.
[11] 范双双, 杨灿军, 彭时林, 黎开虎, 谢钰, 张绍勇. 水下滑翔机关键承压系统设计与试验研究[J]. J4, 2014, 48(4): 633-640.
[12] 彭雄斌,龚国芳,陈馈,王林涛. 管片拼装机提升缸模糊PID同步控制[J]. 浙江大学学报(工学版), 2014, 48(11): 2002-2008.
[13] 李林,陈家旺,顾临怡,王峰. 轴向柱塞泵/马达变量阀配流机构[J]. J4, 2014, 48(1): 29-34.
[14] 盖宇春, 蒋君侠, 曲巍葳, 柯映林, 黄浦缙. 面向飞机数字化装配的工艺接头承载分析[J]. J4, 2012, 46(10): 1737-1743.
[15] 邢彤, 杨华勇, 龚国芳. 盾构刀盘驱动液压系统效率对比研究[J]. J4, 2010, 44(2): 358-363+372.