盾構(gòu)管片拼裝機的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著城市化和工業(yè)化步伐的加快，盾構(gòu)法施工技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于鐵路隧道、過江隧道、公路隧道和城市地下工程。全斷面隧道掘進機是集機、電、液、光、計算機技術(shù)為一體的大型地下工程建設(shè)裝備，是大規(guī)模開發(fā)利用地下空間的前提條件。作為全斷面掘進機的重要功能部件的管片拼裝機對整個地下施工具有重要的影響。因此，具有良好的工作性能的管片拼裝機就顯得非常重要。
　　本課題以“十一五”國家重大科技支撐計劃項目——全斷面掘進機（大型全斷面掘進機研制）項目(2

2、007BA09B01)和沈陽北方重工集團(NHI)的合作項目為依托，開展相關(guān)研究工作。以沈陽北方重工集團全斷面掘進機國家重點實驗室的Φ3.2米多功能全斷面掘進試驗機為平臺，對其管片拼裝機進行改進優(yōu)化，使其具有靈活的調(diào)姿功能。然后對改進后的管片拼裝機進行運動學(xué)和動力學(xué)仿真分析、液壓系統(tǒng)仿真分析以及靜力學(xué)分析，驗證新機型的工作性能，為搭建基于視覺伺服技術(shù)的管片拼裝無人化智能控制系統(tǒng)提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)模型和動力學(xué)理論基礎(chǔ)。本文的主要研究內(nèi)容有如下

3、幾方面:
　　(1)首先闡述課題的研究背景和研究意義，介紹盾構(gòu)管片拼裝機的類型、結(jié)構(gòu)形式及其工作原理以及國內(nèi)外的研究情況。
　　(2)針對試驗機微調(diào)機構(gòu)不夠靈活的缺點，對試驗機的調(diào)姿機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)改進，使其能夠靈活調(diào)整管片姿態(tài)。并根據(jù)改進后的試驗機數(shù)據(jù)，利用三維建模軟件SolidWorks進行零件建模和裝配建模，建立試驗機虛擬樣機。
　　(3)根據(jù)串、并聯(lián)機器人的運動學(xué)和動力學(xué)分析理論，對改進后的管片拼裝機進行運動學(xué)和動

4、力學(xué)分析。運用串、并聯(lián)機器人的運動學(xué)相關(guān)理論，構(gòu)建位置機構(gòu)和姿態(tài)機構(gòu)的運動學(xué)數(shù)學(xué)模型，建立機構(gòu)位置逆解與速度映射解析方程，并求出機構(gòu)Jacobian矩陣。以牛頓—歐拉動力學(xué)方程和拉格朗日方程為基礎(chǔ)，構(gòu)建管片拼裝機姿態(tài)機構(gòu)的動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，建立管片拼裝機姿態(tài)機構(gòu)操作空間——關(guān)節(jié)空間映射關(guān)系動力學(xué)方程及操作空間動力學(xué)方程。
　　(4)根據(jù)盾構(gòu)管片拼裝機的機械機構(gòu)和工作要求，建立試驗樣機的液壓系統(tǒng)模型，利用 MATLAB中的SimHyd

5、raulics和Simulink工具箱進行仿真，驗證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　(5)將試驗樣機的三維裝配體導(dǎo)入仿真工具軟件Matrix Laboratory（簡稱MATLAB），再利用該軟件中的SimMechanics和Simulink內(nèi)置工具箱對改進后的管片拼裝機進行物理仿真，研究驅(qū)動支鏈液壓缸驅(qū)動力、位移及速度、運動平臺的工作載荷及速度等變化規(guī)律得到相關(guān)數(shù)據(jù)。
　　(6)建立試驗樣機系統(tǒng)的多體動力機械系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)的聯(lián)