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TBM支撑-推进-换步机构性能研究
| 论文题名： | TBM支撑-推进-换步机构性能研究 |
| 关键词： | 拓扑结构;运动特性;有限元建模;硬岩掘进装备;隧道建设 |
| 摘要： | 硬岩掘进装备(简称TBM)是一种用于隧道建设的掘进装备，集成了刀盘切削、推进系统控制、在线调向等功能。支撑-推进-换步机构是TBM实现高效和精准掘进作业的核心传动机构，其性能直接影响TBM的掘进效率、掘进精度以及动力特性等。掌握支撑-推进-换步机构关键技术，提高自主创新设计与制造能力，具有重要的战略意义。 基于上述工程背景，在国家973重点基础研究计划以及国家863高技术研究发展计划的资助下，本文依次研究了 TBM支撑-推进-换步机构的拓扑结构、运动特性以及有限元快速建模，以便为 TBM支撑-推进-换步机构的机械设计提供理论依据。 第一章主要对TBM进行了概述，并阐述了课题的研究背景及意义。详细介绍了国内外TBM的产业现状以及学术界的研究现状等。最后介绍本文的研究内容，即TBM支撑-推进-换步机构拓扑特性、运动特性以及静力特性研究。 第二章以某型号开敞式 TBM支撑-推进-换步机构为研究对象，在详细介绍支撑-推进-换步机构的结构组成与工作原理的基础上，利用G-K公式计算了机构各构件在不同作业工况下的自由度；系统分析了支撑-推进-换步机构的拓扑结构在不同工况下对整机性能的影响，并建立了支撑-推进-换步机构拓扑结构设计应遵循的一般设计准则。 第三章以开敞式 TBM支撑-推进-换步机构试验台为研究对象，详细介绍了试验台的缩比参数、支撑-推进-换步机构、围岩模拟机构、负载模拟机构以及支护装置等。在此基础上，建立了机构在不同作业工况下的运动方程，以及纠偏轨迹规划模型。其分析结果可为后续的TBM整机有限元建模奠定运动学基础，以及为深入开展 TBM支撑-推进-换步机构的精准在线调向及纠偏作业提供了有效的计算方法。 第四章在Samcef环境下，研究了一种可快速重构不同位形下的有限元模型的建模方法，实现建模过程的模块化，具有一定的通用性，可有效地提高计算效率。该建模方法主要包括子模块划分、结合面建模、位置逆解分析以及负载分析等四部分内容。在此基础上，以 TBM支撑-推进-换步机构试验台为研究对象，详细分析了支撑-推进-换步机构在不同作业工况下各组驱动油缸与掘进负载间的映射规律。 第五章给出了全文的研究结论，并讨论了未来工作展望。 |
| 作者： | 王凯 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 杨玉虎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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