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基于AMESim的盾构刀盘液压驱动系统多级功率控制模式仿真研究
摘要
本文以盾构机刀盘液压驱动系统为研究对象，基于AMESim仿真平台，针对该系统的多级功率控制模式进行了深入研究。首先对液压传动系统进行建模，确立数学模型；然后选取合适的参数，进行模拟仿真，分析不同条件下液压传动系统的工作性能；最后探究多级功率控制模式下液压系统的优化控制策略，为盾构机刀盘液压驱动系统的优化设计提供理论指导。
关键词：盾构机；刀盘液压驱动系统；AMESim；多级功率控制；优化设计
Abstract
Thispapertakesthehydraulicdrivesystemoftheshieldmachine'scutterheadastheresearchobjectandutilizesthesimulationplatformofAMESimtostudythemulti-stagepowercontrolmodeofthesystem.Firstly,thehydraulictransmissionsystemwasmodeled,andthemathematicalmodelwasestablished.Then,appropriateparameterswereselectedforsimulationandanalysisoftheperformanceofthehydraulictransmissionsystemunderdifferentconditions.Finally,thispaperexploredtheoptimizedcontrolstrategyofhydraulicsystemunderthemulti-stagepowercontrolmodetoprovidetheoreticalguidancefortheoptimizeddesignofthehydraulicdrivesystemoftheshieldmachine'scutterhead.
Keywords:Shieldmachine;Cutterheadhydraulicdrivesystem;AMESim;Multi-stagepowercontrol;Optimizeddesign
引言
盾构机在地铁、隧道等工程中广泛应用，其中刀盘液压驱动系统是盾构机的核心部件之一。该系统通过液压传动实现切削刀盘的旋转，具有重要的工作性能。同时，液压传动系统的优化设计对盾构机的工作效率和性能具有巨大的影响。因此，对刀盘液压驱动系统的研究具有重要的意义。
本文基于AMESim仿真平台，从多级功率控制模式入手，对盾构机刀盘液压驱动系统进行了仿真研究，并对其进行了性能分析和优化设计，旨在为盾构机的设计和实际应用提供理论支持。
一、刀盘液压驱动系统建模
1.液压传动系统的结构
液压传动结构包括液压泵、液压缸、液压控制阀、油气压控制阀等组成。
其中，液压泵通过机械能输入，将机械能转换成液压能；液压控制阀用于对液压系统进行控制；油气压控制阀用于调节压力与流量。
液压泵的输出流量与压力为：
Q=P/η、P=P1-P2
其中，Q为液体流量；P为系统压力；P1为泵出口压力；P2为油管口压力；η为液压泵的机械效率。
2.液压传动系统的数学模型
通过对液压传动结构进行分析，可以得到其数学模型如下：
式中，m为质量；V为体积；p为介质密度；q为质量流量；A为阀门面积；B为液压缸有效面积；L为液压缸行程；k1，k2为恒定系数。
二、盾构机刀盘液压驱动系统的仿真分析
1.液压泵输出流量的影响因素
（1）功率输入
在保持其他条件不变的情况下，增加输入功率可以提高液压泵的输出流量，以此实现对液压传动系统的控制。
（2）泵的容积效率
液压泵的容积效率在不同条件下也会发生变化，其与泵的内部结构、介质粘度等诸多因素有关。
（3）介质的入口压力
介质的入口压力越高，就能产生更大的液体流量，从而提高液压泵的输出流量。
2.多级功率控制模式下的仿真研究
（1）功率控制模式原理
多级功率控制模式是一种可以控制液压传动系统输出功率的技术，它可以实现对传动系统的动态控制，从而更好地满足工程应用的要求。
多级功率控制模式的原理可以简述如下：当液压泵输出流量达到设定值时，多元管检测到信号，比较输出功率与设定功率之间的差异，并向控制系统发出指令，实现液压传动系统的功率调节。
（2）多级功率控制模式优化
在多级功率控制模式下，液压传动系统的优化设计应注重如下方面：
①提高液压泵的工作效率，降低损耗，提高输出功率。
②采用先进的控制系统，精准掌控液压系统的工作，实现动态调节。
③选择适当的工作参数，使液压传动系统输出功率与设定值的差异最小。
三、结论
通过对盾构机刀盘液压驱动系统进行建模和仿真分析，本文得出以下几点结