[01013801]盾构电液控制系统技术

盾构是在可移动钢结构护盾掩护下完成开挖、排碴、衬砌等掘进作业的机电液一体化大型装备，也是国家基础设施建设、资源开发和国防建设急需的重大技术装备。由于盾构遭遇土层的不确定性和不确知性，其掘进作业的安全、效率、可靠性及对地质的适应性等问题仍是尚未解决的国际性重大难题，所涉及电液控制系统节能、控制精度和智能控制等基础理论仍是流体传动学科研究的前沿和热点。盾构电液控制系统占盾构总造价的三分之一，是具有高附加值和体现盾构核心竞争力的关键系统。该项目围绕盾构推进、刀盘驱动和出土等电液控制系统关键技术开展研究，取得以下主要技术成果：1.采用电信号比例反馈的方式，首次提出用刀盘驱动功率信号控制驱动液压泵排量的盾构刀盘驱动电液控制技术和系统(国家发明专利ZL200410052760.3，实用新型专利ZL200820081991.0)，在保证控制特性满足系统要求的前提下，显著提高了功率大范围变化的刀盘驱动系统的效率。2.首创盾构推进系统压力流量复合控制技术(国家发明专利ZL200410016939.3)，解决了普遍采用的压力控制引起流量剧烈波动，导致盾构推进速度不稳定；流量控制又会引起压力振荡，使得液压缸推进力不一致，从而导致盾构超挖，加剧土体扰动，增加地表变形等问题。3.研制成功采用土舱压力反馈控制螺旋输送机转速的螺旋输送机电液控制系统(国家发明专利：ZL200410025408.0)，采用一种模糊PID控制算法，根据土舱压力实际检测与设定值的偏差控制出土量，实现了土舱压力的智能控制。4.首次发现和提出用场切深指数(FPI)和扭矩切深指数(TPI)描述的特征参数土层识别方法及系统技术，有望成为一种掘进过程中地质情况物理前探的替代思路，预警遭遇异常土层或掘进故障，为提高掘进和掘进系统的可靠性提供了新的途径。该项目得到了国家863计划项目“盾构掘进机刀盘-刀具与液压驱动系统关键技术研究及其应用”(2003AA420120)、“盾构地层适应性设计理论、方法和模拟试验平台研究”(2003AA420123)和国家杰出青年科学基金项目“盾构电液控制系统新原理和新方法”(50425518)的资助。分别于2005年3月12日和2008年12月通过了对项目的验收，验收结论认为：“自主研发了具有一定技术特色的液压驱动系统样机，于2004年7月至11月在上海轨道交通二号线西延伸工程威宁路站--古北路站区间进行了工业性试验，实现了全线平均月掘进324m，效果良好。在系统可靠性设计方面具有独到之处。”该项目在盾构电液控制系统相关技术等方面取得了15项自主知识产权的关键技术。已授权国家发明专利10项、受理国家发明专利5项，在核心期刊上发表相关论文40篇。相关技术可应用于土压平衡盾构、泥水平衡盾构、复合盾构等各种类型的盾构，也可应用于硬岩掘进机(TBM)，采用该项技术后可显著提高系统操控性能、可靠性和效率。