盾構機的液壓系統建模與仿真

(1)液壓系統建模。在此采用AMESim軟件對液壓系統仿真，圖19所示為液壓系統仿真模型。建立變量泵模型時，將實際雙向變量泵的外部和內部泄漏通過3個液阻模擬，模型中還考慮了變量泵的補油、換油及安全回路。液壓馬達組及減速器子模型通過AMESim的子模型庫建立成為1個獨立封裝的子模型，其具體結構如圖20所示。負載模型用轉動慣量子模型和轉矩子模型及分段輸入信號子模型搭建。控制油回路中，選用了恒壓變量泵子模型，功率限制閥通過HCD庫元件搭建。

(2)液壓系統仿真。液壓系統的仿真參數設定刀盤轉動部件的轉動慣量為45000kg·m²；工作模式為液壓馬達調節到最大排量500mL/r，刀盤轉矩隨機最大變化量400kN·m。

圖21為某軟土工況時刀盤轉矩的仿真信號與比例溢流閥的調節信號。

控制壓力和單液壓泵輸出流量如圖22所示。0～7s時，控制壓力按比例溢流閥的控制信號成比例變化；7s后系統達到恒功率點，功率限制閥開啟，控制信號不再按調節信號成比例變化，液壓泵進入恒功率狀態。

單泵輸出功率和刀盤轉速如圖23所示。由圖23可見，盡管比例調速時負載變化很大，刀盤轉速卻能按調節電流實現穩定調節，主要原因是系統采用高速小力矩馬達驅動方式且刀盤具有大慣量。但是功率限制閥開啟后，由于負載有大幅度的波動，控制信號很難保持穩定，因此，刀盤轉速有一定波動。但由于液壓馬達有泄漏，相當于旁路有油液溢流，實際的刀盤轉速波動要小一些。

比例溢流閥和功率限制閥的流量特性如圖24所示。由圖24可見，比例溢流閥工作時的流量以及在恒功率點時比例溢流閥與功率限制閥的流量變化情況。圖25所示為控制回路中是否有調速閥時的控制泵8輸出流量仿真曲線，可以看出，帶調速閥時泵輸出流量恒定，而不帶調速閥時，控制泵輸出流量較大。因此，帶調速閥的控制回路功率小，更節能。