1引言

盾構主要用于軟土、砂砬和強風化巖層及含水的混合地層隧道掘進。主要由盾體、刀盤及驅動系統、螺旋輸送系統、液壓推進系統、管片拼裝系統、同步注漿系統以及盾尾密封裝置等構成。

盾構掘進過程中，負載是隨斷面的土質狀況變化的，切削硬巖和切削軟土所需的切削扭矩變化很大(見表1)。

可見，盾構刀盤驅動所需功率大且功率變化范圍寬。

2刀盤驅動液壓系統原理

如圖1所示刀盤驅動液壓系統。采用電比例功率自適應泵控馬達技術，實時檢測刀盤的轉速，根據合適的策略控制變量缸位移，繼而控制變量泵的排量，形成按負載工況變化需要進行刀盤轉速的連續實時控制。

液壓系統設計成開式回路，可適應兩種工況，即

軟巖工況時蹬低速大轉矩和硬巖工況時的高速小轉矩。兩種工況轉換可通過控制電磁換向閥6來實現，當電磁鐵斷電時，溢流閥7.1確定系統最高壓力，此時，系統壓力設定為10 MPa，輸出轉矩小，但流量大(最大為300 L/min)，輸出轉速高;當電磁鐵通電時，溢流閥7.2確定系統最高壓力，此時，系統壓力設定為20MPa，輸出轉矩大，但流量小，輸出轉速低。刀盤轉速通過調節變量泵2的排量實現，檢測液壓馬達的輸出轉速，檢測信號反饋到變量泵的比例閥上，構成速度閉環控制系統。液壓馬達5.1和5.2的正反轉可通過電液換向閥3來控制。

系統采用某公司的A11VO 260 LRDU2恒功率比例變量泵。泵的排量在其整個范圍內可無級調節，并與比例電磁鐵的控制電流成比例。恒功率控制優先于變量控制，如果設定流量或工作壓力使功率曲線超過，則恒功率控制取代電控變量并按照恒功率曲線減小排量。當低于功率曲線時，排量受控制電流的調整，泵輸出的流量只與輸入控制信號相關，而不受負載壓力變化的影響。變量調節特性如圖2所示。

3模擬盾構實驗平臺

實驗裝置如圖3所示，包括模擬土箱、模擬盾構機、主頂、土體加壓泵站、模擬盾構機泵站和控制室。

模擬土箱內的土能夠通過水囊進行加壓，實現對不同土壓的模擬。模擬盾構機由主頂推進，模擬盾構泵站包括刀盤與螺旋機驅動泵站和主頂驅動泵站。模擬土箱內的多個斷面布置有壓力傳感器，刀盤轉速通過在刀盤上布置2個接近開關進行測量，主頂的位移通過布置在液壓缸內的位移傳感器測量。

4實驗研究

本實驗為刀盤轉速開環控制實驗，一個操作員調節螺旋機的轉速和推進速度控制旋鈕使盾構前進并保持正面土壓力與盾構土倉內壓力平衡，另一操作員調節刀盤轉速控制旋鈕。盾構共推進1.5 m，平均推進速度為2.5 cm/min。刀盤調速電流曲線如圖4a所示。

圖4b所示刀盤轉速有較大的波動，原因是由于沒有及時加注泡沫且土質較粘，刀盤有卡住的現象。但是，刀盤轉速曲線的趨勢表明，刀盤轉速能夠按照操作員的調節作出相應的變化。圖4c所示的刀盤轉矩曲線表明，刀盤轉矩變化大，可能是螺旋機的排土速度沒有及時調節的原因。對比圖4b和圖4c，說明在刀盤轉矩有較大波動下，刀盤轉速能夠根據調速信號按比例調速。

5總結

盾構刀盤驅動液壓系統具有功率大、功率變化范圍寬的特點，通過在模擬盾構實驗臺上的掘進實驗，證明該系統能適應掘進中的復雜工況，實現刀盤的調速。

參考文獻:
[1]路甬祥.液壓氣動技術手冊[M].北京:機械工業出社，2002.
[2]吳根茂，邱敏秀，王慶豐，等.實用電液比例技術[M].杭州:浙江大學出版社，1993.9.
[3]楊華勇，龔國芳.盾構掘進機及其液壓技術的應用[J].液壓氣動與密封，2004(1).(end)