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2 开题报告2.1选题背景及其意义由于隧道岩土工程的复杂性和现有数学的局限性，物理模拟试验成为盾构掘进机设计和关键技术进步的基础，是提高盾构可靠性的有效手段．目前我国盾构尚没有适合国情的适应性设计理论的指导，也没有系统的设计经验数据，系统的安装、调试技术也未完全掌握，所以有必要建立高水平的盾构模拟试验平台，为完善系统设计理论提供试验数据和指导思想［３］．推进系统是盾构掘进机的关键系统之一，主要承担着整个盾构掘进机的顶进任务，要求完成盾构掘进机的转弯纠偏、曲线行进、姿态控制以及同步运动．实际施工过程中，由于土层土质条件的复杂性以及施工过程中诸多不可预见因素的作用，常出现盾构掘进机偏离设计轴线的情况；有时还需进行转弯或曲线行进，这需要靠合理调节液压缸的推进压力，以得到所需扭矩来完成盾构姿态的调整．另外，推进过程中还会引起地层扰动，使得地表沉降超过控制范围，这也需要靠调节液压缸的推进速度使开挖面达到稳定．2.2 国内外发展现状由于液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，国内外液压系统的发展主要体现在控制系统方面。
微电子技术的飞速发展，为改进液压系统的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。
相比来讲，国内机型虽种类齐全，但技术含量相对较低，缺乏技术含量高的高档机型，这与机电液一体化，中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。
在国内外液压系统产品中，按照控制系统，液压系统可分为三种类型：一种是以继电器为主控元件的传统型液压系统；一种是采用可编程控制器控制的液压系统；第三种是应用高级微处理器(或工业控制计算机)的高性能液压系统。
三种类型功能各有差异，应用范围也不尽相同。
但总的发展趋势是高速化、智能化。
(1)继电器控制方式是延续了几十年的传统控制方式，其电路结构简单，技术要求不高，成本较低，相应控制功能简单，适应性不强。
其适用于单机工作、加工产品精度要求不高的大批量生产(如餐具、厨具产品等)，其也可组成简单的生产线，但由于电路的限制，稳定性、柔性差。
探究土压平衡盾构机液压推进系统的设计摘要：在现代科学建筑工程施工技术的不断发展的进程中，建筑工程建设活动中出现了一系列比较先进的建筑施工技术体系。
在建筑工程施工中，使用灌土压平衡盾构机液压推进系统施工的工程操作技术，有利于项目施工稳定性的提高。
土压平衡盾构机掘进施工是一项比较先进的工程施工操作技术，它显著提高了工程项目的工作效率，为现代化施工过程中的建筑质量奠定了相对坚实的基础，在一定程度上促进了我国工程施工领域技术的整体提高。
本文根据土压平衡盾构机技术应用分析方法展开探讨，提出解决工程施工中技术难题的几点建议。
关键词：土压平衡；液压推进；设计优化；技术创新前言在建筑工程中引用土压平衡盾施工技术，可以有效地降低工程的建造成本，在一定程度上缩减施工周期，提高项目工程建筑的施工效率。
对于桩基较深的项目工程来说，土压平衡盾施工技术的优势效果更加明显，它可以实现盾构入井的直接开掘，受施工环境的影响较小。
1推进液压系统原理设计1.1液压系统设计参数在工程项目中，为了保证土压平衡支撑体系的稳定性，技术人员需要先建造盾构工作井。
在盾构掘进机安装到位之后，开展重要施工设备入井调试工作。
土压传感器（放大）应该保持数量为4个，量程为0-0.5MPA，作用于土仓土压力区域。
盾构的传感器倾斜仪倾角和转交保持在-5°-+5°之间，从而保证盾构在地下掘进过程中姿态调整始终处于轻松的状态。
测速仪的量程应该保持在0-25r/min 位移，从静止状态到盾构机高速掘进的最大值状态中，进行螺旋机转速的调节。
盾构机在掘进的过程中，需要对质地较硬的岩石种类进行掘进，我们参照此类岩石的主要物理学指标，对盾构机的掘进强度进行预设。
全风化花岗岩和强风化花岗岩的硬度最高。
其中，全风化类花岗岩的土粒比重为2.67左右，天然孔障比为0.806，塑性指数为15.2液性指数为0.12，压缩系数为0.423/MPA.除此之外，全风化类花岗岩的力学指标中重要的一环体现在压缩模量上，其压缩模量高达4.61/mpa。
土压平衡盾构管片拼装机液压系统毕业设计土压平衡盾构管片拼装机液压系统毕业设计目录第1章绪论 (1)§ 1.1 盾构技术概述....................................................... . (1)§ 1.2 国外盾构相关技术的发展现状及趋势 (3)§ 1.2.1 盾构技术国外研究现状 (3)§ 1.2.2 盾构技术发展趋势 (5)§ 1.3 课题的研究意义与主要容 (6)§ 1.3.1 课题研究的意义....................................................... . (6) § 1.3.2 课题研究的主要容 (7)第2章盾构管片拼装机液压系统分析 (8)§ 2.1 概述....................................................... . (8)§ 2.2 管片拼装机工作原理及管片拼装过程 (8)§ 2.3 盾构管片拼装机液压系统分析 (9)§ 2.3.1 管片拼装机周向回转液压系统 (10)§ 2.3.2 管片拼装机纵向移动液压系统 (11)§ 2.3.3 管片拼装机径向移动液压系统 (12)§ 2.3.4 管片头回转控制液压系统 (13)§ 2.3.5 管片头抓紧控制液压系统 (14)§ 2.3.6 管片头倾斜液压控制系统 (15)第3章液压元件的选型与计算 (16)§ 3.1 管片拼装机液压系统主要技术要求 (16)§ 3.1.1 功能要求....................................................... . (16)§ 3.1.2 管片拼装机液压系统主要技术参数 (16)§ 3.2 系统主要参数计算 (16)§ 3.2.1 确定系统的工作压力 (16)§ 3.2.2 泵的最大输出流量........................................................17§ 3.2.3 液压泵的恒功率曲线调节 (18)§ 3.2.4 恒功率曲线设定....................................................... .. (19)§ 3.2.5 管片机所能达到的最大回转速度 (20)§ 3.3 管片拼装机液压系统元件选型 (20)§3.3.1液压泵的选择及分析 (2)§ 3.3.2电液比例多路阀的选型 (21)§ 3.3.3其他液压元件的选型 (2)2第4章液压系统性能验算 (24)§ 4.1 液压系统总效率的验算 (2)4§ 4.2 液压系统发热温升的计算 (24)第5章液压装置结构设计 (27)§ 5.1 液压装置总体布局.......................................................(27)§ 5.2 液压阀的配置形式 (27)§ 5.3 集成块设计....................................................... .. (27)结论....................................................... .. (29)参考文献 (30)致谢....................................................... .. (31)附录....................................................... .. (32)第1章绪论§1.1 盾构技术概述隧道盾构法施工起源于欧洲，后在日本、美洲也有了较大的发展，现已广泛应用于世界各地。
盾构机液压系统说明（一）引言概述：盾构机液压系统是盾构机的核心组成部分，它通过液压动力来驱动盾构机的推进、转向和起重等运动，具有重要的作用。
本文将详细介绍盾构机液压系统的组成、工作原理及其在盾构机运行中的应用。
正文内容：一、液压系统的组成1. 液压泵2. 液压缸3. 油箱4. 过滤器5. 电控元件6. 油液供给系统7. 管路和接头二、液压系统的工作原理1. 系统的工作原理概述2. 液压泵的工作原理3. 液压缸的工作原理4. 油液的循环和压力控制5. 电控元件的信号传输和控制原理三、液压系统在盾构机运行过程中的应用1. 推进系统的应用a. 推进装置的工作流程b. 推进过程中液压系统的控制方法c. 推力、推进速度和推进力的调节d. 推进系统的故障处理2. 转向系统的应用a. 转向装置的工作流程b. 转向过程中液压系统的控制方法c. 转向角度、转向速度和转向力的调节d. 转向系统的故障处理3. 起重系统的应用a. 起重装置的工作流程b. 起重过程中液压系统的控制方法c. 起重力、起重速度和起重高度的调节d. 起重系统的故障处理4. 安全系统的应用a. 切割装置的工作流程b. 安全阀和保护装置的作用c. 紧急停机和紧急救援措施d. 安全系统的故障处理5. 其他应用领域a. 盾构机的液压机械传动b. 液压系统的节能措施c. 盾构机液压系统的维护保养d. 盾构机液压系统的发展趋势总结：本文详细介绍了盾构机液压系统的组成、工作原理及其在盾构机运行中的应用。
了解和掌握盾构机液压系统的工作原理和操作方法，对于提高盾构机的运行效率和安全性具有重要意义。
随着科技的不断进步，盾构机液压系统不断更新升级，为盾构工程的顺利实施提供了强大的技术支持。
1.文献综述盾构掘进机是一种隧道工程专用的大型高科技综合施工设备。
它集电气、液压、测量导向、控制、材料等多学科技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。
采用盾构掘进机，施工速度快，自动化程度高，一次成型，有利于环境保护和降低劳动强度。
而且盾构掘进机适用范围广，从软土、淤泥到硬岩都可应用，施工质量高，可控制地面沉降，开挖时不影响面上建筑和交通，与传统的隧道工程相比，具有明显的优势。
我国幅员辽阔，不同地区的地质情况复杂多变，有必要形成适合我国国情的适应性理论指导。
搭建盾构模拟实验平台，可为我国盾构掘进机的设计、制造提供实验数据和理论支持，具有重要的意义。
推进液压系统作为模拟盾构掘进机的一个关键部分，它的协调动作可以使其保持合适的姿态，是模拟盾构掘进机能够沿着设计路线方向准确向前推进的关键所在。
本文主要讨论模拟盾构推进液压系统的设计和控制研究。
盾构根据其断面形状可分为单圆盾构，复圆盾构（多园盾构）、非圆盾构，其中复圆盾构可分为双圆盾构和三圆盾构，非圆盾构可分为椭圆形盾构、矩形盾构、马蹄形盾构、半圆形盾构。
复圆盾构和非圆盾构统称为“异形盾构”。
盾构按支护底层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式，土压平衡支护式5种类型。
盾构按开挖面与作业式之间隔板构造可分为全敞开式、部分敞开式及闭胸式三种。
国外用盾构施工已经有180多年历史，1866年，莫尔顿在申请专利中第一次使用了“盾构”这一术语。
当今世界上最具有实力的全断面隧道掘进机制造公司，有美国的罗宾斯公司、佳伐公司、德国维尔特公司、海伦公司，日本川崎、三菱公司，法国FCB公司、法马通公司，英国豪顿公司等。
我国全断面隧道掘进机的研制是从20世纪60年代开始的，但与国外掘进机相比差距很大。
本文介绍了国内外盾构技术的发展历程和应用现状，阐述了盾构施工法新技术的特点，并在此基础上对盾构技术的发展趋势进行了展望。
分析盾构机推进系统与故障盾构机是一种特殊的建筑设备，广泛应用于城市地铁、地下隧道、水利工程等建设中。
随着城市化进程的不断加快，盾构机的应用也越来越广泛。
然而，盾构机的推进系统也常常出现故障，因此需要对盾构机的推进系统与故障进行深入分析。
一、盾构机的推进系统盾构机的推进系统是盾构机的核心部件，主要负责盾构机在施工过程中的前进和维持姿态。
盾构机的推进系统由四个部分组成，包括推进机构、土压平衡系统、液压系统和电气控制系统。
1.推进机构盾构机的推进机构主要有两个部分：主推进缸和辅助推进缸。
主推进缸通过伸缩杆连接到掘进头，通过往复运动来实现盾构机在施工过程中的前进。
辅助推进缸位于盾构机车头处，可以在盾构机前进过程中对车身进行调整，以维护盾构机的姿态稳定。
2.土压平衡系统土压平衡系统是盾构机推进系统的重要组成部分，它通过控制盾构机前方的土层压力，实现盾构机掘进过程中的平衡。
土压平衡系统由土压平衡杆、液压缸、掘进头等部件组成。
土压平衡杆的长度可以根据掘进头前方的土层情况自动进行调整，以保证盾构机的平衡性。
3.液压系统液压系统是盾构机推进系统的动力源，主要负责推进机构和土压平衡系统的工作。
液压系统由油箱、泵站、油管、阀门等部件组成，它将所需要的液体压力传递到推进机构和土压平衡系统中，从而实现盾构机的推进。
4.电气控制系统电气控制系统是盾构机推进系统的控制中心，通过传感器和计算机对盾构机的各项运动进行监控，实现盾构机的安全、高效运行。
电气控制系统由PLC控制器、液晶触摸屏、传感器、运动控制模块等部件组成。
二、盾构机推进系统的故障在盾构机的施工过程中，推进系统的故障可能导致施工延误、安全事故等问题。
盾构机推进系统的故障主要有以下几个方面。
1.液压系统故障由于液压系统是盾构机推进系统的动力源，一旦出现故障，就会直接影响盾构机的工作效率和安全性。
液压系统故障的主要表现有液压油温度升高、泵站压力不足、阀门卡死、油管破裂等。
毕业论文（设计）任务书一、毕业设计（论文）题目土压平衡式盾构机液压系统设计与分析二、学生姓名学号专业班级任务书发放日期2011年11月15日三、指导教师对毕业论文（设计）的进度安排及任务要求：1、主要任务与目标:任务与目标：分析总结盾构机的类型及发展趋势，完成土压平衡式盾构机液压系统的原理设计；进行系统的设计计算和确定系统各元件的选型型；利用automation软件对系统进行建模与仿真。
根据选型绘制液压系统安装阀块的零件图与装配图（2个左右）。
2、主要内容与基本要求:本毕业设计主要设计盾构机的液压控制系统，包括系统的原理设计，系统各元件的选型。
分析盾构机的优缺点、应用及发展趋势；利用automation 软件对系统进行建模与仿真，完成安装阀块的二维安装图和三维造型安装。
3、计划进度:2011.11.15-2012.2.20：查找资料，完成外文翻译、开题报告和文献综述；学习automation软件，并对基本回路进行建模；2012.2.21-3.15: 完成系统原理设计和计算；确定系统各元件的类型和控制初步设计，对系统进行建模仿真;2012.3.16-4.20：完成阀块的二维结构设计图纸，系统的电气控制仿真；2012.4.21-5.10：完成阀块三维造型设计；2012.5.11-5.25：完善图纸，撰写论文（说明书），打印装订并上交；2012.5.26-6.05：答辩。
4、主要参考文献:[1] 陈馈等编.盾构施工技术[M]. 人民交通出版社，2009[2] 路甬祥主编.液压气动技术手册[M].机械工业出版社，2002[3] 周文波著，盾构法隧道施工技术及应用，中国建筑工业出版社，2004起讫日期2011 年11 月15日至2012 年 6 月10日指导教师（签名）黄方平职称副教授四、院（系）审核意见：负责人（签名）年月日。
盾构机推进液压系统设计与过程故障分析摘要：盾构掘进机是一种集机械、电气、液压、测量导向、控制、材料等多学科技术于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备。
盾构法施工以自动化程度高、施工速度快、安全可靠、对周边环境影响小等优点，已广泛用于地铁、地下隧道、饮水工程等项目。
推进系统是盾构机的关键系统，它主要承担着推进任务，同时能够实现姿态控制。
文章简要介绍盾构机的推进液压系统设计等。
关键词：盾构机；推进；液压系统；前言盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
盾构机在实际施工过程中，不同施工地层土质及其土压力的变化会对推进速度及推进压力产生很大影响。
另外，在盾构机实际推进过程中，根据施工要求，还要做出许多动作，比如前倾、后仰、转弯和曲线行进，这些都会导致盾构机的前进方向和设计轴线产生一定偏差。
为了满足实际施工需要，本文对推进速度控制采用比例变量泵来实现;推进压力控制采用分区比例减压阀来实现，以保证系统持续稳定高效工作。
一、盾构机推进液压系统设计1.推进液压系统的动力单元设计推进油缸在实际工作过程中有两种模式∶推进模式和管片拼装模式。
推进模式要求推进力较大、速度较低;管片拼装模式为了提高效率，要求推进缸伸缩速度快而压力不是很高。
结合这种特殊工作模式，得到推进液压系统的动力单元如图1所示。
动力单元由3台泵组成，主泵2采用比例变量泵，它主要为系统提供高压低流量液压油，担任主要的推进任务。
在推进模式下，操作手通过控制主控室的电位计旋钮，直接控制变量泵的斜盘摆角，进而实现推进速度的控制;在管片拼装模式下，该泵以最大流量输出，相当于定量泵使用。
在管片拼装过程中，由于要求推进缸伸缩速度快，而不需要太高压力，可利用双联叶片泵4为系统提供低压大流量液压油，以提高管片的拼装效率。
在盾构机施工过程中，通过推进缸位移传感器反馈液压缸实际行程，通过PLC计算实际运行速度，如果与给定信号产生偏差，利用偏差信号改变泵的排量使液压缸推进速度与设定值相同，使盾构机按照给定的速度前进。
盾构机液压系统说明盾构机是一种广泛应用于隧道挖掘的工程机械，其液压系统是实现其高效运作的重要部分。
本文将详细介绍盾构机液压系统的构成、工作原理及特点。
一、盾构机液压系统的构成盾构机液压系统主要由液压泵、液压缸、液压阀和其他辅助元件组成。
1、液压泵：是液压系统的核心部件，它负责将机械能转化为液压能。
在盾构机中，液压泵通常由电动机或柴油机驱动。
2、液压缸：是执行元件，负责将液压能转化为机械能，推动盾构机的刀盘进行挖掘。
3、液压阀：控制液压油的流向和压力，从而控制液压缸的动作。
4、辅助元件：包括油箱、滤油器、密封件、管道等，它们分别负责储存液压油、过滤杂质、保持密封和输送液压油。
二、盾构机液压系统的工作原理盾构机液压系统的工作原理可以概括为“压力传递”。
当液压泵运转时，它从油箱中吸入液压油，然后通过高压管道将液压油输送到液压缸。
在液压缸内，液压油的压力被转化为推动刀盘运动的机械能。
这个过程不断重复，从而实现了盾构机的连续挖掘。
三、盾构机液压系统的特点盾构机液压系统具有以下特点：1、高压大流量：盾构机在进行隧道挖掘时需要大量的机械能，因此其液压系统通常具有高压大流量的特点。
2、可靠性高：由于隧道挖掘工作的连续性和高强度性，盾构机的液压系统必须具有极高的可靠性。
3、耐高温：由于长时间的连续工作，盾构机的液压系统可能会产生高温，因此其设计和材料必须能够承受高温。
4、维护简便：为了降低运营成本和提高工作效率，盾构机的液压系统应易于维护和保养。
5、节能环保：现代盾构机的液压系统越来越注重节能和环保，例如采用能量回收技术、降低噪音和振动等措施。
6、远程控制：为了提高操作精度和安全性，一些先进的盾构机液压系统采用了远程控制技术，操作者可以在控制室中对设备进行远程操作。
四、总结盾构机的液压系统是实现其高效运作的重要部分。
本文通过对盾构机液压系统的构成、工作原理及特点的详细介绍，使读者对这种广泛应用于隧道挖掘的工程机械有了更深入的了解。
土压平衡盾构机推进液压系统的设计摘要：盾构机是城市地铁以及地下隧道施工建设的重要设施，目前我国城市化进程逐渐加快，范围也越来也广泛，盾构机的应用范围也在不断扩大，在工程施工过程中，盾构机所占的比例越来越大，发挥了及其重要的作用，盾构集中了土木、机械、液压、控制、电气、导向等科学技术于一体，成为施工中不可或缺的设备。
本文主要针对土压平衡盾构机推进液压系统的设计展开研究和分析。
关键词：土压平衡；盾构机；液压系统0.引言随着我国的经济发展和社会需求，城市发展地铁交通已经成为解决当前交通问题的最佳方式。
但是由于一些施工环境的影响，在城市中修建地铁隧道是不能够影响城市正常秩序的，对周围环境的破坏也要降到最低[1]。
传统的工艺无法满足这些需求，因此发展新的施工方式已经成为迫切的需求。
盾构施工法的出现很好的解决了这一问题，为城市的地下隧道以及地铁的建设提供了强有力的支持。
1.盾构机概述盾构机主要是由辅助机构、护盾、衬砌机构以及挖掘机构等部分组成。
辅助机械通常是由控制装置、注浆装置以及导向测量等组成；排土机械中的泥土式主要是由泥浆泵以及管道组成，土压平衡式主要是由皮带运输及以及螺旋输送机组成，衬砌机主要是由管片拼装机构成；护盾通常是由盾尾、切口环以及支撑环三部分组成；挖掘机构主要是有其他支撑装置、刀具以及刀盘组成；推进机构主要是由液压设备如液压千斤顶、油泵以及油马达等组成。
盾构机的工作原理为：由圆柱体的刚组件沿着隧洞的轴线向前推进，对土壤进行挖掘。
详情见图1.2.推进液压系统设计推进系统是盾构的关键系统，主要负责盾构的推进任务，要求完成盾构的同步运动、完成定盾构转弯、姿态控制以及曲线进行等工作。
推进系统的主要控制目标就是有效的克服在盾构推进的工作中遭遇阻力的前提下，按照所处的施工地层的土质以及土压的变化，对推进的速度以及推进的压力进行无级协调调节，最终达到控制地表沉降以及减少地表变形的情况。
盾构的动力传递以及相关的控制系统具有传递功率大、运动复杂以及作业环境恶劣等特征，而液压传动以及控制系统的固有特点能够满足盾构的需求。
收稿日期：2011－05－27基金项目：国家科技支撑项目（No．2006BAJ16B06）作者简介：刘福东（1982—），男，黑龙江双城人，2004年毕业于东北大学机械工程及自动化学院液压与控制专业，本科，现从事盾构机液压系统设计。
土压平衡盾构机推进液压系统设计分析刘福东1，郭京波2（1．北京华隧通掘进装备有限公司，北京100081；2．石家庄铁道大学，石家庄050043）摘要：盾构机具机、电、液、测控、土木等多学科技术于一体的工程机械。
本文就北京地铁施工中所使用的一种直径10．22m 土压平衡盾构机的推进液压系统，对其功能、原理及设计进行分析研究。
关键词：土压平衡；盾构机；推进系统；液压原理中图分类号：TH 137文献标志码：A文章编号：1672－741X （2011）增刊1－0405－06Analysis on Design of Hydraulic System of EPB Shield SteppingLIU Fudong 1，GUO Jingbo 2（1．Beijing Huasuitong Boring Equipment Co．，Ltd．，Beijing 100081，China ；2．Shijiazhuang Tiedao University ，Shijiazhuang 050043，China ）Abstract ：Tunnel boring machine is a kind of construction machinery which includes machine ，electricity ，hydraulic ，monitoring and control and civil engineering．The functions ，principles and design of screw conveyer hydraulic system of a 10．22m-diameter EPB shield adopted in the construction of Beijing Metro are analyzed．Key word ：EPB shield ；stepping system ；hydraulic ；theorery0引言盾构是城市地铁及地下隧道施工中的重要设备，随着城市进程的加快，其使用范围越来越广，在工程施工中所占的比重也越来越大，盾构机是具机、电、液、测控、土木等多学科技术于一体的工程机械。
在地下隧道施工过程中，为保证地面建筑以及地表设施的安全、防止地表隆起或塌陷，必须严格控制地表沉降。
所谓土压平衡就是密封土仓中切削下来的土体和泥水充满密封土仓，并建立适当压力与开挖面的土体压力平衡，以减少对土体的扰动，控制地表沉降。
要做到土压平衡控制，就要依赖推进系统及螺旋机系统（见图1）配合使用。
本文就北京地铁施工中的某一土压平衡盾构机，对其推进液压系统设计进行分析研究。
图1螺旋输送机在盾体中布置示意图Fig．1Position of screw conveyer in the shield machine盾构机中盾周边均匀设置36根推进油缸，该油缸通过对已安装完的隧道管片施力，使盾构获得向前掘进的推力。
改变推进油缸的推进速度或者改变螺旋输送机的转速均可以达到改变土仓压力的目的。
1推进液压系统的功能要求见表1。
表1推进液压系统的功能要求表Table 1Function requirements of screw conveyer hydraulic system功能要求描述技术参数总推力F =108000kN ；推进速度v =0 8．5cm /min；管片宽度L =1800m /min调速功能掘进过程中，操作室需要通过手动调整或自动程序调整推进油缸伸出速度以达到调节盾构机土仓压力的目的，所以推进油缸的速度要求远控可调管片模式该模式在管片安装时采用，液压系统压力较低，并可随意选择1根或几根推进油缸进行伸出及缩回操作掘进模式该模式在掘进时采用，液压系统使用高压，不能进行缩回操作选择模式这种模式下，在掘进过程中可以随意选择活动的推进油缸，进行高压下的推进操作。
当掘进施工需要调向或改变坡度时，可以选择一部分推进油缸高压推进，另一部分油缸低压随动，利用由此产生的推力差来调整盾构机姿态推进分区可以在每个推进分区调节液压压力及流量，通过在推进分区设定不同的液压压力，可以实现姿态控制操作第31卷增刊12011年8月隧道建设Tunnel ConstructionVol．31Sup．1Aug．20112推进液压系统原理设计根据表1的功能要求设计推进系统液压原理图（见图2）。
图2推进系统液压原理图Fig．2Hydraulic mechanism of stepping system604隧道建设第31卷3推进液压系统主要元件技术参数设计计算分析3．1推进油缸规格设计计算根据工艺要求确定设置36根推进液压缸，设置在盾尾內圆周均匀布置。
则单缸受力F 单=F 36=10800036=3000kN 。
由于盾构机内空间局限，为减小推进液压缸所占空间，系统额定压力采用高压P =35MPa 。
液压缸内径D 按以上压力计算：F 单=π4D 2ˑ P D =单πˑ p=ˑ 3000ˑ 10πˑ 35ˑ 106≈330mm由此确定油缸内径D =330mm ，活塞杆直径d =260mm 。
根据密封规格、管片宽度（1．8m ）、楔形管片的搭接要求（1/2管片宽度），受力情况及操作空间（油缸行程余量150mm ）等确定油缸行程S =1800+12ˑ 1800+150=2850mm 。
3．2主泵规格设计计算盾构最大推进速度为8．5mm /min，36个液压缸所需最大流量为Q max =v 1A =8．5ˑ10－2ˑπˑ （330ˑ10 －2）24ˑ36≈261L /min。
系统设置4个比例溢流阀（见图2），比例溢流阀稳定工作的最小流量为0．3L /min，则泵的输出流量为Q p =Q max +4ˑ q r =261+1．2=262．2L /min。
根据系统最大工作压力及所需流量要求以及系统工作特性要求，选取2台美国伊顿Vickers 斜盘式轴向柱塞电控比例变量泵PVXS 250－SP ，排量250cm 3/r，额定压力42MPa 。
该泵通过电位计输入控制斜盘角度，改变泵排量，能实现远程控制系统供油流量进而控制盾构推进速度的目的。
3．3电机功率计算及选择根据最大推进速度下Q p =262．2L /min，系统额定压力P =35MPa ，计算泵的实际输出功率N p =P max Q p =262．2ˑ 10－3ˑ 35ˑ 10660≈153kW 。
电机的输出功率N E =N ηpm ˑ ηpv =1530．86ˑ 0．96=185．3kW 。
式中：ηpm 为泵的机械效率，取值0．86；ηpv 为泵的容积效率，取值0．96。
根据实际的施工工况，一般最大速度和最大推力不会同时使用，故选取2台西门子电机，功率为90kW ，额定转速为1480r /min。
3．4油箱设计此系统中，由于油缸的的容积相比系统流量要大出很多倍，所以按照系统流量的经验倍数公式确定油箱容积的方法此处不适用。
油箱容量按照系统所需油量的工序来设计，即全部油缸全行程伸出的动作。
36个液压缸走完1个行程所需油量为Q 伸=36ˑ4d 2S =36ˑ 4ˑ（260ˑ10 －3）2ˑ 2850ˑ10 －3=5．447m 3。
综合吸油口的高度（设计为底部吸油），台车的机架空间，设计油箱容积为11．5m 3，尺寸为5000ˑ 1510ˑ 1530。
3．5冷却器的计算及选择本系统设计为变量控制系统，即除了维持元器件的稳定工作所需的最低控制油、溢流油（比例溢流阀）及泄露油流量外，基本全部用于做功，所以系统能量损失极少。
按照经验系数估算系统最大发热量约为p 热=30%ˑ P 泵输入=30%ˑ 180=54kW 。
综合考虑系统回油流量及压力，选择德国HYDAC 公司的HEX 型板式油/水冷却器HEX 722－60。
在温差为ΔT =20ʎ、V 油/V水=4，冷却功率约为70kW 。
4推进系统功能原理分析1）电控比例变量柱塞泵（图2中件号1）可无极的控制排量，其排量与泵集成比例电磁阀的控制信号其关系如图3所示。
图3电控比例变量泵控制信号与排量关系曲线Fig．3Relationship between control single of electronic control variable pump and its output704增刊1刘福东，等：土压平衡盾构机推进液压系统设计分析此处采用0 10V 控制信号，当输入信号为0时，泵理论排量为0；当输入信号为10V 时，泵理论排量为100%。
由图3可知输入信号与泵排量基本成正比。
该泵的控制传递框图见图4。
图4电控比例变量泵控制传递框图Fig．4Transfer course of electronic control variable pump control system推进油缸的速度控制可以实现由推进速度设定电位计输入，推进速度经位移传感器反馈所组成的的小开环控制以及由土仓压力设定电位计输入，土仓压力经土压计反馈所组成的大闭环控制。
在螺旋机转速一定的情况下，操作员可在手动模式下通过手动电位计输入模拟量控制信号来控制推进油缸速度；或在自动模式下通过人机界面输入控制目标参数即土压目标值，控制系统按照以上传递框图对泵进行闭环控制以达到自动调节推进油缸速度，进而维持工作面平衡土压的目的。
油缸速度、螺旋机转速、土仓压力可通过上位机画面显示读出。
泵出口设置单向阀（图2中件号2），以隔离系统压力异常对主泵造成的冲击。
2）电磁溢流阀组使用电磁换向阀（图2中件号6和7）及溢流阀（图2中件号5，8，9，10）形成多级溢流阀。
电磁铁动作逻辑表见表2。
表2电磁溢流阀组电磁铁动作逻辑表Table2Electromagnetism actionsofelectromagnetismoverflow valve系统压力/MPaSV －SJU1a b SV －SJK1a b 卸荷－－－－33+－－－21－++－17－+－+8－+－－3）旁通调速阀组仅作为电控比例变量泵备用调速方式使用，其入口球阀为常闭设置，调速阀设置在操作室操作台旁边，操作员触手可及，应急使用非常方便。
4）推进主操作阀组集成推进主换向阀（图2中件号29），液控单向阀控制阀（图2中件号30），随动操作减压阀（图2中件号28）、随动换向阀（图2中件号27）、补油单向阀。
5）推进分区设置共4个部分（见图5），操作员可使用操作室控制台的电位计分别对比例调速阀（图2中件号25）、比例溢流阀（图2中件号14）进行手动输入；或者采用自动模式PLC 程序自动复合控制分区系统压力及流速，通过制造各分区的推进速度及压力差，达到控制盾构姿态的目的。
