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原文传递基于功率键合图法盾构掘进相似性及试验技术研究

论文题名：	基于功率键合图法盾构掘进相似性及试验技术研究
关键词：	模拟试验台;相似准则;量纲分析法;功率键合图;掘进参数;耦合关系;隧道工程
摘要：	盾构掘进机作为一种地下隧道工程的现代化重大工程装备，集液压、机电控制、材料、计算机等技术于一体，并具有自动化程度高、施工速度快、对地面建筑物的影响少等特点，被广泛应用于地铁、公路、市政、水电隧道等工程建设。但由于盾构掘进机国内与国外的发展水平相差甚多，国内在盾构制造与盾构掘进技术研究方面尚且不足，由于施工现场进行试验需要承担巨大的风险以及过多的经济投入，因此模拟试验台技术是研究盾构技术的重要技术手段，通过在模拟试验台上的试验研究最后指导实际的盾构施工。模拟试验台是经过实际盾构系统的结构以及液压系统简化后得到的，所以两系统间的相似性的研究则为试验台上进行的试验指导施工的可靠性提供了保障。　　本文通过对实际盾构系统的研究通过简化实际盾构系统的液压控制系统并对实际盾构系统进行一定的结构简化，通过理论计算以及三维模型的建立最后完成了缩尺盾构模拟试验台的结构设计以及液压系统设计。完成了试验台的加工、搭建与调试工作。并根据要求编写完成了上位机的人机交互界面和下位机的控制程序。　　第一章为绪论部分，首先介绍了盾构的工作原理以及国内外的发展概况，其次介绍了模拟试验台技术国内外的发展状况以及土体扰动的研究手段介绍，最后介绍了相似性研究的发展概况，重点介绍了相似性研究的扩展广义相似理论以及该理论的研究手段-功率键合图法的基本概念。　　第二章设计完成了土箱模拟系统以及盾构系统。其中土箱模拟系统包括加载液压系统以及箱体的设计，盾构系统包括推进系统、刀盘驱动系统、螺旋输送机系统的控制液压系统的设计以及三个系统的支持系统的设计。搭建调试了已经设计完成的缩尺盾构模拟试验台，在调试的过程中不断的修正试验台的设计，并完成了试验台需要的软件设计，包括LabVIEW、PLC程序的编写。开展了施工环境的模拟试验、闭环开环不同控制策略下的推进试验、刀盘推进过程中指定点的土体扰动试验、土压平衡试验。　　第三章利用量纲分析法分析了盾构土体间的作用得到了盾构土体系统的相似准则，在ANSYS中建立以土箱作为边界条件下的土体在不同加载压力下的变形以土体的应力分布。得到覆土深度与加载压力间的相似关系;其中，土体的性质通过土体试验测得。并在试验台上展开了相应的试验，得到了土体在不同加载压力下的应力分布。分别利用了方程分析法以及功率键合图法建立了盾构系统这一复杂耦合多能域系统的相似准则，并最终确立了相似比。　　第四章分析了盾构掘进施工过程引起的土体变形，并通过利用ANSYS软件模拟了实际盾构在掘进过程中土体的扰动情况。并在模拟试验台上展开了土体扰动试验，一定土体加载压力下，设定盾构机的推进速度刀盘转速等参数，在定点埋下土压传感器最后得到了在盾构机掘进的过程中定点处的土体扰动情况。　　第五章通过理论分析盾构掘进过程中的参数间的耦合关系，建立了参数间的函数关系式，得到了推进系统与刀盘驱动系统间的耦合关系，螺旋输送系统和刀盘系统间的耦合关系。并在模拟试验台上开展试验，最后得到了盾构机稳定掘进时螺旋输送机扭矩和刀盘扭矩的关系。利用实际盾构的数据得到推进力与刀盘扭矩的关系。
作者：	胡睿
专业：	机械工程
导师：	龚国芳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文