TBM支撐-推進-換步系統(tǒng)建模與同步控制研究.pdf

1、全斷面硬巖掘進機(Tunnel Boring Machine，簡稱TBM)是鐵路、公路、水利、市政建設等隧道施工的重大裝備，相對傳統(tǒng)的鉆爆法具有快速、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、安全等優(yōu)點，已成為隧道施工的首選裝備。支撐-推進-換步機構(gòu)是 TBM實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)掘進作業(yè)的核心傳動機構(gòu)，其性能優(yōu)劣直接決定TBM的掘進效率和掘進精度。本文緊密結(jié)合國家863課題“大直徑全斷面隧道掘進裝備及重大工程機械裝備研究”和973課題“硬巖掘進裝備的關(guān)鍵基礎問題”，以一種開

2、敞式 TBM的支撐-推進-換步機構(gòu)為對象，研究了其動力學建模及同步控制的相關(guān)問題。論文取得主要研究成果：
　　采用集中參數(shù)模型對 TBM支撐-推進-換步機構(gòu)進行運動學與動力學特性研究。系統(tǒng)分析了支撐-推進-換步機構(gòu)的拓撲結(jié)構(gòu)、液壓缸驅(qū)動方式及工作原理，構(gòu)建了不同工況時機構(gòu)的等效拓撲構(gòu)型，計算了不同作業(yè)工況機構(gòu)的自由度，歸納總結(jié)了機構(gòu)的拓撲特性。建立了機構(gòu)位置正逆解分析模型，揭示出各驅(qū)動油缸位姿參數(shù)與刀盤位姿間的映射規(guī)律。建立機構(gòu)動

3、力學模型，進行機構(gòu)固有特性分析，分析固有頻率隨剛度、質(zhì)量參數(shù)的變化規(guī)律。為今后 TBM支撐-推進-換步機構(gòu)設計提供參考。
　　針對鍵合圖法在處理空間問題上的局限性，將AHP分析法應用于鍵合圖模型動力學性能影響因素分析中，簡化模型。以鍵合圖法的基本理論和其建模方法為基礎，根據(jù) TBM支撐-推進-換步系統(tǒng)掘進工況特點建立了其機液耦合鍵合圖模型，為后面糾偏系統(tǒng)模型建立奠定基礎。將AHP應用于動力學影響因素分析，分析了主機軸向、徑向及轉(zhuǎn)動

4、三方向運動對TBM推進系統(tǒng)動力學特性的貢獻度，分析結(jié)果表明徑向運動對系統(tǒng)動力學特性的貢獻度最大，在系統(tǒng)建模時需要詳細考慮。
　　針對復雜地質(zhì)情況下的偏掘直接影響隧道掘進精度和效率，對糾偏系統(tǒng)進行動態(tài)性能相關(guān)研究。綜合考慮影響三相電機、齒輪泵、比例減壓閥、液壓缸等的非線性因素，采用鍵合圖方法建立了TBM推進工況糾偏的數(shù)學模型，推導了系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式。根據(jù) TBM支撐-推進-換步機構(gòu)推進工況圍巖環(huán)境不明確等特點，將灰色預測模型應用