摘 要

随着社会的高速发展，盾构掘进机在城市交通系统的建设中应用的越来越广泛，相比于以前使用钻爆法，盾构机的施工更加安全、高效，所以成为了隧道施工的首选。现在随处可见地铁等交通工具的施工工地，在这些地方，盾构机的使用需求是非常大的。一台高效、节能的盾构机能够帮助施工单位节省许多开支，缩短工期。螺旋输送机作为盾构掘进机的重要组成部分，在许多方面起到了很重要的作用，所以说能否将螺旋输送机液压系统设计合理，对盾构机的性能有着很大的影响。目前用于螺旋输送机的液压系统有着能量利用率低、调速范围小的缺点，所以说螺旋输送机需要更加高效的液压控制系统。

文章主要对盾构掘进机的螺旋输送机的液压系统进行设计，通过确定液压系统要求，提出合理的设计方案，然后按照液压系统设计的规范，合理的设计出螺旋输送机的液压系统。

本次的设计重点是在螺旋输送机转动的高效性和节能性上做出改进，利用恒功率阀来调节泵的流量，从而达到无极调速的目的，最终使得泵的输出功率保持在定值。

针对于螺旋输送机液压泵的控制方式来合理的设计其液压系统，使得系统的能耗降低了，最终实现了节能的目的。

关键词：盾构机；螺旋输送机；闭式系统；恒功率控制；节能

Abstract

With the rapid development of society, the shield tunneling machine in the construction of urban transportation systems are more widely applied, compared to the method of drilling and blasting, construction of shield machine become safer and more efficient, it has become a main choice of tunnel construction. Now the vehicles such as subway construction can be seen everywhere, in these places, demand for the shield machine is very large. A high efficient shield machine can help save money and time. Screw conveyor is an important part of the shield tunneling machine, playing a very important role in many ways, so whether the hydraulic system for screw conveyor can be rational or not, it will have a great impact on shield machine. Currently the hydraulic system for the screw conveyor has low cost, low speed range of disadvantages, so that the screw conveyor need more efficient hydraulic control system.

The article focus on the design of the hydraulic system of screw conveyor. By following the hydraulic system requirements, the design of the hydraulic system is reasonable, and then follow the hydraulic system design specifications, the design of hydraulic system is rational.

The design focus on how to improve the efficiency and energy of the screw conveyor, using constant power valve to achieve promised speed and make the output power of pump maintain at a given value .

Using screw conveyor pump control to make the design of the hydraulic system rational, in this way, the system's energy consumption is reduced and the conservation of energy is more.

Keywords: Shield; Screw conveyor; Close loop system; Constant power control; Energy

目 录

第1章 绪论 3

1.1 盾构螺旋输送机的工作特点 3

1.2 国内外盾构机发展现状 4

1.3 国内外盾构技术的发展趋势 5

第2章 盾构螺旋输送机液压系统的要求 6

2.1 工作的环境要求 6

2.2 主要功能要求 7

第3章 螺旋输送机液压系统的设计 7

3.1确定液压系统原理图 7

3.1.1选择系统类型 7

3.1.2螺旋输送机的液压回路 8

3.1.3选择执行元件 9

3.1.4选择调速方式 9

3.1.5制定系统原理图 10

3.2螺旋输送机回转系统的液压元件设计计算及选型 10

3.2.1选择系统参数 10

3.2.2液压马达的计算及选型 10

3.2.3液压泵的计算及选型 12

3.2.4驱动电机的选型 13

3.2.5联轴器的选型 13

3.3螺旋输送机闸门系统的设计及计算 14

3.3.1闸门系统参数 14

3.3.2液压缸的计算及选型 14

3.3.3闸门系统液压泵的计算 18

3.3.4电机的选型 19

3.3.5联轴器的选型 20

3.3.6液压控制阀的选型 20

3.4液压辅件的计算及选型 23

3.4.1过滤器的选型 23

3.4.2蓄能器的选型 24

3.4.3液压介质的选择 25

3.5传感器的选型 26

3.6液压装置的结构设计 26

3.6.1油箱的设计 26

3.6.2阀集成块 27

3.6.3管路及管路布置 28

第4章 液压系统性能验算 28

4.1液压系统压力损失验算 28

4.2液压系统发热升温的计算 30

第5章 螺旋机液压系统节能分析 31

5.1恒功率参数的计算 31

5.1.1电机功率计算 31

5.1.2泵的限制参数计算 32

5.2仿真研究 33

5.2.1建立液压系统仿真模型 33

5.2.2设定液压系统仿真参数 33

5.2.3螺旋输送机回转系统的仿真分析 34

第6章 螺旋输送机液压系统的经济性分析 38

第7章 总结与展望 39

参考文献 40

附录 41

致谢 42

第1章 绪论

1.1 盾构螺旋输送机的工作特点

随着城市现代化进程的加快,盾构掘进机在城市地铁和地下隧道的施工过程中占据着很重要的地位，盾构机的独特设计是的这些施工变得简单、高效，所以其使用的范围也越来越大。

螺旋输送机作为盾构掘进机的最主要部分之一,它在很多方面有着不可替代的作用，如稳定开挖面、控制地表沉降等。它的主要作用在于将土仓内的泥土排出去，同时在这个过程中能够使土仓压力保持在一定的范围内。所以要求螺旋输送机能够将螺杆的转速反馈回液压系统中，根据反馈回来的信号调节排土速度，实现一个动态的调节。因此螺旋输送机性能的好坏将直接影响施工的效果。

盾构机螺旋输送机的液压系统作为盾构机的关键系统之一，它能够把刀盘切削下来的土体送出盾构机的密封土舱，从而维持密封土舱排土量和进土量的动态平衡，从而使密封土舱内的压力维持在一个稳定的状态。目前使用盾构机螺旋输送机液压系统的类型很多，但是大多采用的开式系统，一般由变量泵供油，利用比例方向阀控制定量马达来驱动螺旋机的回转运动。这种液压系统有着致命的缺点，那就是对能量的消耗很恐怖，因此研究更加节能的盾构液压系统已经成为适应现代需求的一直趋势。