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原文传递地铁隧道壁面钻孔设备研发

论文题名：	地铁隧道壁面钻孔设备研发
关键词：	地铁隧道;施工管理;钻孔设备
摘要：	近年来地铁发展迅猛，其供电多采用顶部刚性接触网方式，优点明显，顶部刚性接触网安装需先钻孔。地铁隧道侧壁安全疏散平台、管道、电缆的安装也需要在侧壁钻孔。以往多采用人工手动钻孔，同时一些辅助简易机械功能少、效率低，无法适应迅猛发展的地铁建设。本论文讨论了顶部和侧壁钻孔设备方案，分析了常用设计方案，指出其优缺点，进而研发了一种多方位钻孔设备，能对隧道顶部和侧壁一次性钻四个孔，运动速度高、精度、自动化程度高，劳动强度小。通过车轮光电编码器、激光测量仪、隧道断面仪等设备测量位移、角度等参数。　　底部XY平台调整纵横向距离，通过升降、俯仰、横滚机构实现Z轴的升降、X及Y轴的转动，通过回转机构实现Z轴的转动，由此可完成六自由度精密调整。选用电动缸、直线轴承、直线导轨、滚珠丝杠等性能优异的零部件并对其计算选型。钻机安装平台由一组矩形空心型钢安装而成，钻机底板开有两道槽，由此四个钻机间距可无级调节，适用不同安装规格。人工控制平台钢结构按国家标准设计。钻大直径孔采用水钻，水钻钻孔干净卫生、对钻具损坏小，劳动强度小。　　钻机平台工作时受到较大的阻力、阻力矩，且水钻所用的异步电机振动较大。本论文对外部载荷进行了详细的计算，用Solidworks对设备进行三维建模，转换格式导入到网格划分精度较高的Hypermesh，得到高质量的网格，再导入到人机界面较好的Workbench进行钻机平台的有限元静力学、模态、谐响应分析，仿真计算结果显示钻机平台强度、刚度符合要求，可靠性高，有效的避开了激励频率，不会发生共振。使用Workbench多目标驱动优化技术对转轴零件进行多参数优化，为零件的设计提供可靠的参考依据。　　选用多个价格低、功能强大的S7-200 SMART基于以太网S7协议通信实现控制系统组网，主从站控制编程简单、便于管理。常规PID控制的参数固定，无法灵活运用于复杂的隧道环境，系统控制能力较差，所以选用模糊PID控制器。利用MATLAB/Simulink软件的模糊控制工具箱对工进系统建模、仿真分析，进行了模糊PID控制参数的自整定优化。采用S7-200 SMART的专属触摸屏SMART LINE作为人机交互界面，进行自动控制或手动控制。
作者：	李茂
专业：	机械工程
导师：	刘桓龙
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文