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TBM推进机构运动控制及多柔体动力学建模与仿真
| 论文题名： | TBM推进机构运动控制及多柔体动力学建模与仿真 |
| 关键词： | 推进机构;多柔体动力学;运动控制;隧道掘进机 |
| 摘要： | 推进系统是TBM掘进装备开挖作业的核心，其工作环境恶劣且对系统掘进的精度要求较高。在地下岩石阻力与机构本身推力相互作用下，掘进机会发生剧烈振动，易引起支撑不稳，机头、主梁部位振动较明显，导致关键构件疲劳损伤严重甚至失效，严重降低掘进效率。液压油缸的刚度具有时变特点，为了满足推进系统高精度的设计要求，在研究推进机构动力学时考虑机构的弹性变形是十分重要的。本文以TBM推进机构（2×6-SPS）为研究对象，围绕上述机构振动与精度问题开展了以下方面的研究： 1.综述了国内外隧道掘进机、推进系统和并联机构多柔体动力学及运动控制方面的研究现状，提出了如何改善TBM推进机构动力学性能这一研究课题及其解决该问题基本方法，并给出了主要的相关研究内容。 2.通过运用SolidWorks建立了TBM推进机构三维模型，并获取了机构结构参数。运用螺旋理论及并联机构运动学理论，分析了推进机构关节位置和动平台广义速度与关节速度的转换矩阵通用表达式，结合拉格朗日法和机械动力学知识，考虑机构柔性，建立了推进机构每个推进缸动力学方程，利用控制理论将其化为状态方程以便求解，为建立整个推进机构多柔体动力学仿真模型及分析奠定了理论基础。 3.根据对机构的运动学分析，提出构建推进机构四种运动仿真模型作为控制对象的方法，实现了对机构运动控制仿真模型的建立与仿真，并比较得出利用Jacobian矩阵两次迭代建立的仿真模型更加精确其误差降级到10-5mm，为推进机构控制研究提供了直观有效的建模分析手段，可以加快模型确立及控制方案的设计。 4.根据柔性动力学分析及运动仿真模型的建立，采用 Simulink仿真工具得到推进机构总体多柔体动力学仿真模型，利用MATLAB编程对机构结构参数及振动参数初始化，得到每个推进缸在平台振动和激振力下的振动响应曲线，并研究分析了不同环境下机构结构参数和振动参数对机构变形和受力的影响规律，对机构的优化设计及提高TBM推进机构的动力学性能具有重要研究意义。 |
| 作者： | 王双华 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 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： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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