雙連桿偏心盾構(gòu)刀盤系統(tǒng)總體參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、本論文主要論述的是同濟(jì)大學(xué)與上海市隧道股份有限公司聯(lián)合承擔(dān)的上海市城建集團(tuán)重點(diǎn)項(xiàng)目研究工作。 本文涉及一種新型的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)——液壓缸驅(qū)動(dòng)雙連桿偏心盾構(gòu)。傳統(tǒng)的單軸盾構(gòu)具有切削功率大、刀具磨損不均勻、軸承較大、不能切削異形斷面等缺點(diǎn)，而這種雙連桿偏心盾構(gòu)克服了傳統(tǒng)盾構(gòu)的缺點(diǎn)，大大降低制造成本，減小施工開支，節(jié)約能源，給社會(huì)帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益。 由于盾構(gòu)的刀盤驅(qū)動(dòng)及結(jié)構(gòu)形式為盾構(gòu)研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，它的性能好壞直接影響到盾構(gòu)

2、的性能，所以本文主要針對雙連桿偏心盾構(gòu)的刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。論文進(jìn)行的主要研究工作如下： 1．根據(jù)雙連桿偏心盾構(gòu)刀盤的偏心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模式，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，建立刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；推導(dǎo)了液壓缸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。具體包括液壓缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的切向力、法向力、流量等與旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系。旨在為刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和刀具布置提供理論依據(jù)。 2．按經(jīng)驗(yàn)公式確定切削扭矩的值。并針對刀盤部分主要零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析。具體包括：偏心半徑r與

3、盾構(gòu)外徑、刀盤尺寸的關(guān)系；驅(qū)動(dòng)軸的數(shù)量及支承方式的確定；驅(qū)動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)方案選擇及布置位置；如何解決四驅(qū)動(dòng)軸超靜定問題；刀盤的結(jié)構(gòu)形式及刀具的選擇。 3．采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化。針對偏心盾構(gòu)的偏心半徑、液壓缸的長度和直徑對盾構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)有較大的影響，建立多目標(biāo)多約束的遺傳算法。采用實(shí)數(shù)進(jìn)行編碼，應(yīng)用線性加權(quán)和法、罰函數(shù)方法建立該問題的適應(yīng)度函數(shù)。通過matlab 遺傳算法工具箱進(jìn)行計(jì)算，得到參數(shù)的優(yōu)化值，以滿足設(shè)計(jì)要求。 4

4、. 采用接近開關(guān)控制凸輪的形式控制多液壓缸的大小工作腔換向配合，使液壓缸按照工作要求自動(dòng)換向，帶動(dòng)刀盤平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)定量泵液壓控制系統(tǒng)，并進(jìn)行液壓元件的選擇。為克服定量泵系統(tǒng)產(chǎn)生的刀盤轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，對變量泵控制的恒功率系統(tǒng)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)刀盤系統(tǒng)恒轉(zhuǎn)速工作的要求。 5．分別針對定量泵控制系統(tǒng)和恒功率控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，詳細(xì)的推導(dǎo)了兩種系統(tǒng)的時(shí)域模型，用Matlab軟件中Simulink工具箱進(jìn)行仿真。結(jié)果表明，定量泵系統(tǒng)中刀盤轉(zhuǎn)速脈動(dòng)較