土压平衡盾构电液控制技术

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丛书名：普通高等教育“十三五”规划教材普通高等院校工程实践系列规划教材

• 作者：杨华勇，赵静一著
• 出版时间：2013/10/1
• ISBN：9787030368973
• 出 版 社：科学出版社

适用读者:机械工程、机电控制、液压技术等专业的师生、研究人员

• 中图法分类：U455.43 
• 页码：441
• 纸张：胶版纸
• 版次：1
• 开本：16开
• 字数：(单位：千字)

内容简介

   全书主要阐述土压平衡盾构电液控制系统的关键技术、机电液一体化及节能、可靠性、安全性等方面的相关理论和实验研究的相关成果，内容新颖，重视理论与工程实际相结合。
   全书分为理论篇和实践篇。理论篇重点讨论电液控制系统对多变T况的适应性，动力源、传动控制机构的功率匹配性，以及电液控制系统自动化、智能化设计，控制系统的数学模型建立以及对系统进行动态特性数字仿真设计，介绍相关的控制策略、故障监测与诊断方法等。实践篇结合实际工程项目及土压平衡盾构试验样机，对不同工况时盾构不同工作系统的设计优化和动态特性进行了试验研究。本书的研究成果对于其他类型盾构机械的设计也具有参考和借鉴意义。
   本书可作为高校、科研院所、生产企业和应用单位的机械工程、机电控制、液压技术以及机电一体化等专业的教学和科研用书。

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序 言

第一部分　理 论 篇
　第1章　绪论
　 1．1　土压平衡盾构原理
　 1．1．1　盾构法及施工设备
　 1．1．2　土压平衡盾构组成
　 1．1．3　土压平衡盾构工作原理
　 1．2　土压平衡盾构技术进展
　 1．2．1　土压平衡盾构发展历程
　 1．2．2　国内外发展现状
　 1．2．3　技术进展及发展趋势
　 1．3　土压平衡盾构关键技术
　 1．3．1　地质适应性
　 1．3．2　刀盘系统
　 1．3．3　控制技术

前言
第一部分　理  论  篇
　第1章　绪论
　  1．1　土压平衡盾构原理
　    1．1．1　盾构法及施工设备
　    1．1．2　土压平衡盾构组成
　    1．1．3　土压平衡盾构工作原理
　  1．2　土压平衡盾构技术进展
　    1．2．1　土压平衡盾构发展历程
　    1．2．2　国内外发展现状
　    1．2．3　技术进展及发展趋势
　  1．3　土压平衡盾构关键技术
　    1．3．1　地质适应性
　    1．3．2　刀盘系统
　    1．3．3　控制技术
　    1．3．4　电液系统
　    1．3．5　状态监控
　    1．3．6　辅助系统
　  1．4　土压平衡盾构电液控制技术应用与发展
　    1．4．1　刀盘驱动电液控制技术发展现状
　    1．4．2　推进系统电液控制技术研究现状
　    1．4．3　管片拼装电液控制技术研究现状
　    1．4．4　盾构掘进电液控制技术研究现状
　    1．4．5　盾构试验台电液控制技术研究现状
　第2章　土压平衡盾构的负载特性
　  2．1　不同地质条件下盾构的负载特性
　    2．1．1　冲击黏土的负载特性
　……
第二部分　实践篇
参考文献
索引

目 录

目录
前言
第一部分 理论篇
第1章 绪论 3
1.1 土压平衡盾构原理 3
1.1.1 盾构法及施工设备 3
1.1.2 土压平衡盾构组成 7
1.1.3 土压平衡盾构工作原理 9
1.2 土压平衡盾构技术进展 10
1.2.1 土压平衡盾构发展历程 10
1.2.2 国内外发展现状 15
1.2.3 技术进展及发展趋势 17
1.3 土压平衡盾构关键技术 22
1.3.1 地质适应性 22
1.3.2 刀盘系统 22
1.3.3 控制技术 22
1.3.4 电液系统 23
1.3.5 状态监控 23
1.3.6 辅助系统 23
1.4 土压平衡盾构电液控制技术应用与发展 24
1.4.1 刀盘驱动电液控制技术发展现状 24
1.4.2 推进系统电液控制技术研究现状 27
1.4.3 管片拼装电液控制技术研究现状 28
1.4.4 盾构掘进电液控制技术研究现状 30
1.4.5 盾构试验台电液控制技术研究现状 31
第2章 土压平衡盾掏的负载特性 35
2.1 不同地质条件下盾构的负载特性 35
2.1.1 冲击蒙古土的负载特性 35
2.1.2 洪积甜土的负载特性 36
2.1.3 砂质土的负载特性 37
2.1.4 砂砾和大卵石的负载特性 38
2.1.5 泥岩的负载特性 40
2.2 土压平衡盾构的结构和设计要点 41
2.2.1 钢壳机构 42
2.2.2 推进机构 42
2.2.3 搅拌及排土机构 6
2.2.4 管片拼装机构 45
2.2.5 附属装置 46
2.3 刀盘刀具的负载特性 46
2.3.1 刀盘的结构特点 46
2.3.2 刀具形式 47
2.3.3 刀具布置对刀具的保护 49
2.3.4 刀具切割破岩机理 49
2.3.5 刀盘结构 50
2.3.6 刀具布置 51
2.3.7 刀盘支撑 53
2.3.8 搅拌棒 55
2.3.9 刀具设计特点 55
2.4 盾构刀盘转速智能控制系统 56
2.4.1 基于统计分类的土层识别方法 56
2.4.2 盾构刀盘转速智能控制研究 64
第3章 土压平衡盾掏驱动电渡控制系统 68
3.1 盾构刀盘扭短的计算及其土层特征 68
3.1.1 盾构刀盘扭矩影响因素分析 68
3.1.2 土压平衡盾构刀盘扭矩计算模型研究 71
3.2 刀盘驱动系统电液控制技术 81
3.2.1 刀盘驱动系统 81
3.2.2 刀盘电液驱动的节能化发展 84
3.3 盾构刀盘驱动电液系统设计 86
3.3.1 刀盘驱动电液系统原理 86
3.3.2 刀盘驱动电液系统计算 88
3.3.3 刀盘驱动电液系统集成 89
3.4 多泵组合驱动盾构刀盘电液系统 90
3.4.1 多泵组合驱动电液系统仿真研究 90
3.4.2 多泵组合驱动电液系统功率匹配控制策略 107
3.4.3 多泵组合驱动液压系统运行试验 108
3.5 大闭环控制盾构刀盘电液系统 112
3.5.1 模拟盾构刀盘驱动试验与仿真 113
3.5.2 大闭环控制变转速驱动电液系统 118
第4章 土压平衡盾掏推进电波控制系统 126
4.1 推进系统电液控制技术 126
4.1.1 传统推进控制模式 126
4.1.2 简化推进控制模式 128
4.2 盾构掘进机推进力计算 129
4.2.1 传统推进力计算模型 129
4.2.2 推进分项阻力计算 131
4.2.3 推进力计算模型 136
4.2.4 试验结果及分析 137
4.3 盾构推进电液系统设计 139
4.3.1 推进电液系统工作原理 139
4.3.2 推进电液系统主要参数设计计算 141
4.4 推进电液系统比例压力流量复合控制仿真 147
4.4.1 模型建立 147
4.4.2 推进开环控制仿真 151
4.4.3 推进比例压力流量复合控制仿真 153
4.4.4 液压缸回退仿真 154
4.4.5 现场测试及结果分析 158
4.5 盾构推进液压缸动力参数校核 160
4.5.1 研究内容 161
4.5.2 盾构液压缸尺寸核算 162
4.5.3 盾构液压缸实体建模与有限元分析 168
第5章 土压平衡盾掏螺旋输送电渣控制系统 187
5.1 盾构掘进时螺旋输送机的功用 187
5.1.1 土压平衡盾构输送原理 187
5.1.2 螺旋输送机出土量与螺旋形式 189
5.1.3 螺旋输送机出土量与转速的关系 190
5.1.4 螺旋输送机力学模型的建立 191
5.1.5 螺旋输送机排土控制策略 193
5.2 螺旋输送机液压系统工作原理 195
5.2.1 螺旋输送机比例电液系统 196
5.2.2 螺旋输送机液压系统参数计算 201
5.2.3 螺旋输送机液压间块集成 204
5.2.4 螺旋输送试验研究 205
5.3 盾构螺旋输送机电液系统流量补偿研究 206
5.3.1 基于流量补偿的系统控制 206
5.3.2 系统仿真研究 207
5.4 盾构螺旋输送排土控制分析 209
5.4.1 螺旋输送机结构及工作原理 209
5.4.2 螺旋输送机变量泵液压系统原理 210
第6章 土压平衡盾掏管片拼装电液控制系统 212
6.1 管片拼装机工作原理及管片拼装过程 212
6.1.1 管片拼装机设备及施工工艺 212
6.1.2 管片拼装机主要技术参数及设计要求 215
6.1.3 管片拼装机部件结构和技术特点 216
6.2 管片拼装机液压系统主要参数计算 217
6.2.1 管片拼装机液压系统主要技术要求 217
6.2.2 系统主要参数计算 218
6.2.3 盾掏施工现场测试 220
6.3 管片拼装机液压系统分析 221
6.3.1 管片拼装机周向国转液压系统 221
6.3.2 管片拼装机纵向移动液压系统 223
6.3.3 管片机径向移动液压系统 224
6.3.4 管片头回转控制液压系统 224
6.3.5 管片头抓紧液压系统 226
6.3.6 管片倾斜液压控制系统 226
6.4 管片拼装机控制系统建模 226
6.4.1 恒功率恒压变量泵建模 226
6.4.2 比例方向流量阀建模 230
6.4.3 低速大扭矩液压马达及平衡回路建模 232
6.4.4 减速机构的传动数学模型 234
6.5 管片拼装机定位控制 236
6.5.1 管片拼装定位电液控制系统建模 237
6.5.2 管片拼装定位电液控制系统仿真 239
第7章 土压平衡盾掏辅助工序电液控制系统 243
7.1 同步注浆系统 243
7.1.1 同步注浆施工方法 243
7.1.2 同步注浆主要技术参数 245
7.1.3 同步注浆管路系统 248
7.1.4 同步注浆液压系统 249
7.1.5 采用负载敏感泵的同步注浆液压系统 251
7.2 超挖刀电液控制系统 252
7.2.1 超挖刀位移检测系统 252
7.2.2 盾构常用刀具和超挖刀原理 254
7.2.3 超挖刀电液系统原理 257
7.3 管片运输、生产设备电液控制系统 259
7.3.1 管片运输机电液系统 259
7.3.2 管片运输幸液压系统 262
7.3.3 管片生产设备电液系统 271
第二部分 实践篇
第8章 土压平衡盾掏试验台及其电液技术 275
8.1 盾构模拟试验台国内外研究发展概况 275
8.1.1 盾构模拟试验台的分类 275
8.1.2 国内盾构模拟试验台的发展现状 277
8.1.3 盾构模拟试验台的局限性和发展趋势 279
8.2 盾构控制系统模拟试验台 280
8.2.1 总体方案介绍 280
8.2.2 技术参数确定 281
8.2.3 控制系统设计 281
8.2.4 盾构电气监控系统应用软件的开发 283
8.3 盾构推进系统模拟试验台 284
8.3.1 推进系统试验平台液压系统 284
8.3.2 推进系统试验平台电控系统 287
8.4 缩尺盾构掘进模拟试验台 292
8.4.1 目标和意义 292
8.4.2 模拟盾构主要组成及参数 294
8.4.3 模拟盾构各系统设计 294
8.4.4 推进系统设计 302
8.4.5 螺旋输送机系统设计 306
8.4.6 其他部件结构设计 307
8.4.7 液压泵站设计 310
8.4.8 数据采集控制系统 312
8.5 1.8m盾构模拟试验台 313
第9章 全断面掘进机综合试验台及其电液系统 317
9.1 全断面综合试验台系统 317
9.1.1 综合试验台构成 317
9.1.2 盾构试验台结构参数确定 319
9.2 试验土箱及加载系统 321
9.2.1 土箱参数确定 321
9.2.2 土箱结掏设计 321
9.2.3 土箱加载机构 322
9.2.4 加载液压系统 323
9.2.5 加载辅助系统 325
9.3 试验台电液控制系统 326
9.3.1 模拟试验台液臣控制系统 326
9.3.2 模拟试验台电气控制系统 334
9.4 数据采集及处理系统 339
9.4.1 系统网络体系结构 339
9.4.2 主要功能描述 340
9.4.3 系统技术实现 342
9.4.4 系统安全与扩展 343
第10章 土压平衡盾构试验台监控系统 346
10.1 盾构模拟试验平台监控系统软硬件结构设计 346
10.1.1 监控系统硬件结构设计 347
10.1.2 监控系统软件结构设计 349
10.1.3 监控系统配置与运行环境 350
10.1.4 监控系统的供配电设计 350
10.2 盾构系统PLC 控制设计 351
10.2.1 基于CC-Link现场总统的PLC控制系统结构 352
10.2.2 盾构电液系统PLC控制策略 353
10.3 盾构电液系统监控组态开发 359
10.3.1 组态王与Q 系列PLC 的数据连接 359
10.3.2 盾构电液监控系统组态画面开发 361
10.3.3 盾构监控系统的数据存储与显示 363
10.3.4 基于ActiveX的控件式算法设计 366
10.4 监控系统的应用效果及改进 368
第11章 掘进试验时电液系统性能分析 371
11.1 土压平衡盾构推进电液系统试验 371
11.1.1 推进电液系统控制策略分析 371
11.1.2 推进电液系统压力流量复合控制分析 373
11.1.3 推进电液系统同步控制试验 380
11.2 土压平衡盾构土压平衡控制试验 385
11.2.1 土压平衡盾构掘进的土压控制 385
11.2.2 密封土舱内土压平衡的实现 388
11.3 盾构掘进试验中的负载关系分析 393
11.3.1 掘进过程中盾构总推力的变化规律 393
11.3.2 掘进过程中盾构刀盘扭矩的变化规律 395
11.3.3 盾构刀盘扭矩和总推力的关系 396
11.3.4 不同土层及刀盘开口率对刀盘扭矩的影响 397
11.3.5 推进力和土舱压力对刀盘扭矩的影响 399
11.4 盾构推进力和轨迹控制试验 400
11.4.1 盾构推进力的精确控制 400
11.4.2 盾构推进轨迹跟踪控制试验 404
第12章 盾掏推进液压系统突变载荷顺应性研究 407
12.1 顺应性定义及其描述 407
12.1.1 顺应性定义 407
12.1.2 顺应性描述 408
12.1.3 顺应性公式表达 408
12.2 推进系统突变载荷顺应性模拟试验 413
12.2.1 推进系统载荷模型 413
12.2.2 顺应性仿真分析 414
12.2.3 顺应性模拟试验描述 417
12.2.4 顺应性模拟试验结果 418
12.3 典型推进液压系统顺应性对比 419
12.3.1 典型盾构推进液压系统 420
12.3.2 顺应性对比结果 420
12.4 典型地质推进液压系统顺应性效果评价 422
12.4.1 顺应效果评价指标 422
12.4.2 深圳地铁工程描述 422
12.4.3 四种盾构顺应效果评价 424
12.5 基于顺应性的盾构推进液压系统设计 425
12.5.1 顺应性影响因素分析 425
12.5.2 基于顺应性的新型推进液压系统设计 429
12.5.3 新型推进液压系统的顺应效果 431
参考文献 432
索引 439