2 盾构推进液压系统仿真分析

　　盾构推进时，系统的插装阀

1 处于关闭状态，三位四通电磁换向阀 l2 切换到右位，

液压油通过比例调速阀

l4 和三位四通电磁换向阀 l2 进入液压缸无杆腔，液压缸有杆腔的压

力油通过三位四通电磁换向阀

l2 和比例溢流阀 3 流回油箱。因此，建模仿真时可省略插装

阀

l，插装阀 l3 以及三位四通电磁换向阀 l2，主要分析比例溢流阀、比例调速阀、液压缸以

及负载间的动态关系。

　　图

5 为应用 AMESim 建立的推进液压系统 C 区仿真模型。图中 1 为采用 HCD(液压

零件设计

)库中基本零件搭建好的比例溢流阀机械模型，2 为比例调速阀的机械模型。仿真中

液压缸的推进速度设定为

46 mm_/min，320 s 后调为 52 mm/min;液压缸的推进压力设定为

5.2 MPa，负载力为 12 361 N。

　　

 

　　图

5 推进液压系统 C

区

AMESim 仿真模型

　　

1.比例溢流阀机械模型

 

2.比例调速阀机械模型

　　图

6 为 C 区液压缸推进速度仿真图，从图 6 中可以看出，推进速度刚开始有些振

荡，最大超调速度接近

60 mm/min，50 s 后推进速度稳定在 46 mm/min，320 s 后推进速度

调为

52 mm/min 时，推进速度有些波动，但波动时间不超过 30 s，然后继续以调定好的速

度推进。图

7 为 C 区液压缸推进压力仿真图，从图 7 中可以看出在 320 s 后推进压力有所上

升，

350 s 左右又稳定在 5.2 MPa，这是由于推进速度从 46 mm/min 升高到 52 mm/min 时，

必须要有推进液压缸提供动力，只有更大的推力，才能提高盾构加速度，使盾构速度增大
当速度达到调定值后推进压力下降，最终稳定在初始设定值。

　　

 

 
 
　　

3 工程实际应用

　　现场施工中，盾构主司机

会根据当前工作环境实时调节盾构
运行的各个参数。从盾构一环掘进
开始计时，主司机先将推进速度调为

46 mm/min，在 320 s 时将推进速度调大，调为 52 

mrn/min。图 8 为推进液压系统 C 区液压缸推进速度。

　　

 

　　图

8 C 区液压缸推进速度

　　由图

8 可知，推进速度从

0 到 46 mm/min 过程中，有一个超调，在 60 s 时达到最大 60 mm/min，然后在 100 s 左右逐
渐达到平衡。与图

6 仿真相比，盾构推进速度响应较慢，而且达到稳定时有超调，这主要是

因为盾构推进过程中，其负载为前方土壤，若把土壤看成粘弹性系统，那么其刚度小，粘
性大，这是影响盾构推进速度响应慢的一个重要原因

;另外一个原因是盾构总体质量大，惯

性大。在

320 s 时主司机把推进速度调到 52 mm/min，由图知，推进速度由原来的 46 

mm/min 变为 52 mm/min，实现了盾构推进速度的调节。但由于诸多不可预见的影响因素，