基于數(shù)字化樣機(jī)技術(shù)的全斷面掘進(jìn)機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真研究.pdf

1、數(shù)字化樣機(jī)技術(shù)是一項(xiàng)新興的工程技術(shù)，借助于這項(xiàng)技術(shù)，工程師們可以在計(jì)算機(jī)上建立機(jī)械系統(tǒng)的實(shí)體虛擬模型，模擬在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)相關(guān)的特性。還可以根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)潛在的問(wèn)題和不足之處，消除了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)物理樣機(jī)的依賴性，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本，使企業(yè)更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性。然而數(shù)字樣機(jī)技術(shù)的可信度，很大程度上取決于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，以及相關(guān)分析軟件的分析能力。雖然有許多功能

2、強(qiáng)大的建模或分析軟件。但是很難用其中的某一種單一軟件獨(dú)立完成整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的工作過(guò)程?；谶@種情況，聯(lián)合仿真應(yīng)運(yùn)而生，各大軟件公司聯(lián)手，在不同領(lǐng)域之間的軟件間提供接口，可以使不同軟件實(shí)現(xiàn)連接，以共同完成整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的仿真過(guò)程。
　　全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(Entire Cross Section Tunnel Boring Machine)，以下簡(jiǎn)稱掘進(jìn)機(jī)，是集機(jī)械、電氣、液壓、測(cè)量、控制等多學(xué)科技術(shù)于一體，用于地下隧道工程施工的技術(shù)密集

3、型工程裝備。隨著對(duì)隧道掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用不斷的推廣，人們對(duì)掘進(jìn)機(jī)的研究已經(jīng)由對(duì)掘進(jìn)機(jī)理，機(jī)械結(jié)構(gòu)的研究，轉(zhuǎn)向如何針對(duì)土層的特性，選擇合理的切削方式，從而滿足掘進(jìn)速度最快，并能最大限度地提高施工的效率;在特定地層條件下，如何選定與地層特性相適宜的掘進(jìn)機(jī)工作參數(shù)，從而能確保開(kāi)挖面的穩(wěn)定性，使得地表不至于產(chǎn)生過(guò)大的變形，盾構(gòu)施工對(duì)地層產(chǎn)生的擾動(dòng)最小等。掘進(jìn)機(jī)作為大型機(jī)械設(shè)備，具有設(shè)計(jì)復(fù)雜、制造周期長(zhǎng)、造價(jià)高等特點(diǎn)，因此為了保證掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短

4、設(shè)計(jì)周期并有效降低設(shè)計(jì)成本，可將數(shù)字樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用到該產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)流程中。
　　本論文的研究對(duì)象是Φ6.28m土壓平衡式(EPB)掘進(jìn)機(jī)的數(shù)字化樣機(jī)。本論文的主要內(nèi)容大體分為以下三大部分。第一部分是基于數(shù)字化樣機(jī)技術(shù)，利用ADAMS和MATLAB/Simulink對(duì)數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和控制的聯(lián)合仿真，采用PID控制方法，探討推力和掘進(jìn)速度控制的控制性能，以及工程施工中由于地質(zhì)條件改變后，速度響應(yīng)曲線的變化規(guī)律，以給施工過(guò)程一定的指

5、導(dǎo)。第二部分是基于數(shù)字化樣機(jī)，利用聯(lián)合仿真的方法，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的姿態(tài)控制，主要是研究掘進(jìn)機(jī)在水平面上偏離預(yù)定軸線后的糾偏方法，以及該糾偏方法在小半徑曲線掘進(jìn)作業(yè)中的應(yīng)用，并在數(shù)字化樣機(jī)上驗(yàn)證了該糾偏方法的可行性。第三部分是為使仿真分析更接近實(shí)際，對(duì)管片拼裝機(jī)進(jìn)行剛?cè)峄旌蟿?dòng)力學(xué)仿真及有限元分析，利用ADAMS和ANSYS對(duì)管片拼裝機(jī)的數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行剛?cè)峄旌辖７治?，通過(guò)仿真結(jié)果，比較拼裝頭從剛體替換為柔性體后，對(duì)管片拼裝機(jī)的末端運(yùn)動(dòng)的影響，