盾构推进系统分区布局的动力传递特性及优化设计研究

发布时间：2017-03-18 07:03

  本文关键词：盾构推进系统分区布局的动力传递特性及优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：盾构是现代化隧道工程施工的大型掘进装备,推进系统是盾构的关键组成部分,主要承担着整个盾构的顶进任务,实现盾构的曲线行进、姿态控制、纠偏以及同步运动。在掘进过程中,由于所处的地质条件是复杂多变的,盾构机刀盘前端受到的负载也随之不断变化,所以往往会引起盾构推进系统动力传递的复杂多变,这样不仅会使盾构掘进过程中顺应负载的能力下降,而且施工误差会增大,还会引起管片受力的负载不均衡,造成管片破损,开裂,崩塌等现象的发生,严重影响盾构掘进施工的效率和整个隧道工程的质量。本文以土压平衡盾构机为研究对象,基于盾构的动力传递特性分别对盾构推进系统四分区均匀和非均匀的布局设计机理展开深入研究:1.对盾构地层掘进过程中实现向前掘进和姿态调整情况下的受力状况进行了详细分析,并构建了盾构推进系统的力学模型。针对均匀地质和非均匀地质两种工况,分别计算水土压力和摩擦阻力载荷数值,并绘制出水土压力分布图,为后续推进系统的动力传递特性分析和布局优化提供了理论基础。2.通过对盾构推进系统的结构组成进行详细分析,得出超冗余推进系统的等效并联机构模型,并对其位置和速度进行分析,得出速度和力传递雅克比矩阵,在此基础上利用Solidworks和ADAMS对盾构掘进过程中存在的三种运动姿态分别进行运动学仿真分析,为后续的动力学分析奠定基础。3.依据盾构掘进时推进系统负载顺应性和顶推在管片上作用力均布性原则,建立推进系统动力传递性能评价指标,并结合盾构推进系统力学理论模型,分别对推进系统四分区均匀和非均匀系统空间力传递特性进行详细分析,并得出影响动力传递性能的主要敏感因素,以MATLAB为工具,基于并联机构力传递模型建立其理论分析模型,通过对不同地质载荷工况下不同敏感参数影响的动力传递性能分别进行详细的仿真对比分析。4.确立以推进系统液压缸推力的性能评价指标为目标函数,影响动力传递性能的敏感因素为设计变量,设置相关的约束函数,采用粒子群优化算法分别对推进系统四分区均匀布局和非均匀布局进行优化设计,将得到的优化后结果与原型号推进系统布局参数相比较,得出优化布局后推进系统的负载顺应性和均布性能更好,从而确定了优化后推进统布局设计的合理性。
【关键词】：盾构 推进系统 动力传递 仿真 优化设计
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.39
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.2 盾构机的发展历史及研究现状11-14
• 1.2.1 国外盾构机的发展历史及研究现状11-12
• 1.2.2 国内盾构机的发展历史及研究现状12-14
• 1.3 推进系统的研究现状14-17
• 1.3.1 受力计算模型研究现状15
• 1.3.2 推进系统电液控制研究现状15-16
• 1.3.3 推进系统顺应性研究现状16-17
• 1.3.4 推进系统分区布局研究现状17
• 1.4 本文研究的主要内容17-19
• 第2章 盾构推进系统受力分析与计算19-33
• 2.1 推进系统受力分析19-26
• 2.1.1 盾构推进系统掘进阻力分析19-22
• 2.1.2 盾构推进系统阻扭矩分析22-26
• 2.2 推进系统力学模型构建26
• 2.3 盾构推进系统外载荷的计算26-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 盾构推进系统的运动学分析33-44
• 3.1 盾构推进系统的等效机构模型建立33-38
• 3.1.1 盾构推进系统的组成分析33
• 3.1.2 盾构推进系统等效机构模型的建立33-34
• 3.1.3 空间坐标之间的位姿转换关系34-36
• 3.1.4 盾构推进机构的位置分析36-37
• 3.1.5 盾构推进机构的速度分析37-38
• 3.2 盾构推进系统的运动仿真分析38-42
• 3.2.1 推进机构轴向运动仿真分析39-40
• 3.2.2 推进机构径向运动仿真分析40-41
• 3.2.3 推进机构动平台翻转运动仿真分析41-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第4章推进系统的动力传递特性分析44-71
• 4.1 盾构推进机构的动力传递特性研究44-55
• 4.1.1 推进机构动力传递性能评价指标建立44-45
• 4.1.2 推进机构四分区均匀空间力学模型建立及特性分析45-50
• 4.1.3 推进机构四分区非均匀空间力模型构建及特性分析50-55
• 4.2 均匀分布地层下推进系统的动力传递仿真分析55-63
• 4.2.1 推进机构不同间隔角的动力传递性能及分析比较55-58
• 4.2.2 推进机构不同分区形式的动力传递性能及分析比较58-61
• 4.2.3 推进机构不同运动姿态的动力传递性能及分析比较61-63
• 4.3 非均匀分布地层下推进系统的动力传递仿真分析63-70
• 4.3.1 推进机构不同间隔角的动力传递性能及分析比较63-65
• 4.3.2 推进机构不同分区形式的动力传递性能及分析比较65-68
• 4.3.3 推进机构不同运动姿态的动力传递性能及分析比较68-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第5章 推进系统液压缸布局优化设计71-84
• 5.1 推进系统液压缸布局优化设计71
• 5.2 推进系统液压缸优化布局的数学模型建立71-76
• 5.2.1 目标函数71-72
• 5.2.2 约束条件72-74
• 5.2.3 设计变量选择74-76
• 5.3 粒子群优化算法简介76-78
• 5.3.1 粒子群优化算法数学模型及流程76-78
• 5.4 推进系统优化后的布局结果78-79
• 5.5 盾构机优化后结果的动力传递性能分析79-83
• 5.5.1 推进机构非均匀分布的优化结果对比分析80-81
• 5.5.2 推进机构均匀分布的优化结果对比分析81-83
• 5.6 本章小结83-84
• 第6章 结论与展望84-86
• 6.1 总结84-85
• 6.2 展望85-86
• 参考文献86-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文与参与科研项目90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张合沛;李凤远;王助锋;冯欢欢;;盾构柔性推进电液控制策略研究[J];建筑机械化;2015年09期

2 谢群;蒋瑞祺;司宝玉;杨春洋;;盾构机推进液压系统的闭环控制仿真分析[J];成组技术与生产现代化;2015年01期

3 陶伟;管会生;郭立昌;黄松和;;斜井隧道双模式盾构推进油缸布局优化研究[J];隧道建设;2014年12期

4 贾连辉;;盾构推进液压系统控制模式的分析比较[J];隧道建设;2014年09期

5 龚国芳;洪开荣;周天宇;侯典清;王林涛;;基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究[J];隧道建设;2014年07期

6 李锦;黄长征;;盾构机液压推进系统稳态误差研究[J];机械设计与制造;2014年05期

7 周鸿彬;龚国芳;王林涛;吴伟强;;Φ1.2m缩尺实验盾构机械结构与液压系统设计[J];工程设计学报;2014年02期

8 冯欢欢;陈馈;龚国芳;李凤远;王助锋;;一种盾构推进系统模拟平台设计与研究[J];机床与液压;2014年07期

9 畅海潮;王永新;刘夏艳;;盾构机推进液压系统设计[J];科技创新与应用;2014年03期

10 李建军;余海东;赵勇;来新民;;盾构机冗余驱动推进系统不同分组策略的动力传递特性实验研究[J];中国机械工程;2013年21期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 徐前卫;盾构施工参数的地层适应性模型试验及其理论研究[D];同济大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 刘鹏亮;盾构掘进机推进系统的关键技术研究[D];上海交通大学;2008年

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本文编号：254070