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TBM推进机构缩尺试验台主推进器设计与分析
| 论文题名： | TBM推进机构缩尺试验台主推进器设计与分析 |
| 关键词： | 全断面隧道掘进机;推进机构;主推进器;突变载荷;缩尺试验台;相似理论 |
| 摘要： | 目前我国在铁路、公路、地铁以及市政工程施工中对TBM的需求量越来越大，然而当前TBM的核心技术仍仅由为数不多的发达国家的TBM公司所掌握，导致TBM的价格始终居高不下，TBM的国产化具有广阔的市场前景。推进系统为TBM施工作业的关键装置，需承受TBM在恶劣施工环境的重载荷、突变载荷以及巨大振动载荷，此外还须传递极限推力和保证精准掘进作业。如刚性缺乏，将会很难承受外加重载并加剧运动姿态偏差；如柔性缺乏，将很难顺应强烈的突变载荷。为化解该矛盾，课题组综合出了掘进性能更优的新型混联式TBM推进机构。本文以TBM推进机构缩尺试验台的搭建为背景，围绕试验台主推进器的设计开发进行了如下几方面的研究： 1.参考以往同类试验台的设计参数，根据相似理论选取10:1的缩尺比确定了TBM推进机构缩尺试验台主推进器的性能参数。采用SolidWorks软件建立了主推进器的三维简化模型，根据并联机构基本理论对其进行了运动学分析和单个推进缸驱动力求解。分析了缩尺试验台主推进器的物理模型，并完成了其机械系统的设计。 2.采用子结构装配法建立了主推进器单个SPS推进缸刚度模型，根据原型机和缩尺试验台的结构尺寸，分析了两者推进缸的刚度变化规律，得出两者刚度的数量级之比为10:1。应用虚位移原理推导了主推进器的刚度模型并利用性能图谱法研究了两机构的六个方向自由度与油缸推进位移的关系，得出两者的刚度变化规律一致，且两者的刚度数量级之比为100:1，表明了TBM推进机构试验台主推进器的缩尺设计是合理的。 3.根据缩尺试验台主推进器的结构特点进行了简化建模，并导入到ADAMS中创建了其虚拟样机模型。基于虚拟样机技术对缩尺试验台主推进器进行了多刚体和考虑液压油压缩性以及撑靴柔性支撑的多柔体动力学仿真分析，得到了主推进器掘进时推进缸需要提供的驱动力以及功率，分析对比得出同时考虑液压油的压缩性和撑靴的柔性支撑更符合实际情形。 4.为从控制系统和机械系统两方面来分析缩尺试验台主推进器的性能，搭建了虚拟样机的机电系统联合仿真平台。围绕缩尺试验台主推进器动平台的运动轨迹控制，在Simulink仿真工具中搭建了关节空间PD轨迹控制器，实现了虚拟样机动力学模型和matlab控制系统的联合仿真。仿真分析得出设计的控制模型能够满足试验台的实际需要，为TBM推进机构缩尺试验台的实际研制提供了理论参考。 |
| 作者： | 余旭林 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 徐尤南 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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