發(fā)布時(shí)間：2017-03-19 06:07

  本文關(guān)鍵詞：TBM姿態(tài)控制技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：全斷面掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine,簡稱TBM)是適用于硬巖地質(zhì)的一次成型的大型隧道開挖裝備。它主要由推進(jìn)系統(tǒng),刀盤系統(tǒng),姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)等組成。其中姿態(tài)控制系統(tǒng)是保障TBM沿預(yù)定軸線掘進(jìn),減小隧道開挖誤差的關(guān)鍵子系統(tǒng)。目前國內(nèi)外對全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的研究主要集中在適用于軟土地層的機(jī)型中,對于硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)的研究較少,對于姿態(tài)控制技術(shù)研究集中在獨(dú)立系統(tǒng)中,并沒有對姿態(tài)控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)存在的相互影響關(guān)系進(jìn)行研究。本課題是在國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)的資助下,設(shè)計(jì)了直徑2.5m的TBM試驗(yàn)臺,對現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究,分析施工中所存在問題的原因,設(shè)計(jì)了新型的姿態(tài)調(diào)整和推進(jìn)液壓系統(tǒng),提出相應(yīng)的控制策略,采用聯(lián)合仿真等技術(shù),驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。本論文的主要研究工作如下：1.依據(jù)羅賓斯單對水平支撐的TBM機(jī)型,設(shè)計(jì)了直徑2.5m的縮尺試驗(yàn)臺的液壓系統(tǒng),根據(jù)原有系統(tǒng)存在的問題,對液壓系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化分析,設(shè)計(jì)了分組推進(jìn)的推進(jìn)液壓系統(tǒng),以比例換向閥和平衡閥為核心的水平和豎向調(diào)向液壓系統(tǒng)。并對TBM液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)描述。2.將軌跡跟蹤技術(shù)引入到TBM姿態(tài)控制技術(shù)當(dāng)中,在直線,圓曲線,緩和過渡曲線三種典型隧道軸線參數(shù)方程的基礎(chǔ)上,以主梁的位移和偏轉(zhuǎn)角度對一個(gè)掘進(jìn)行程中的機(jī)身姿態(tài)進(jìn)行了描述,得出了目標(biāo)位置姿態(tài)描述方程,進(jìn)而求得了在三種典型隧道軸線下的姿態(tài)調(diào)整油缸(撐靴油缸,扭矩油缸)和推進(jìn)油缸的目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)。并以TBM253-282機(jī)型的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)得到了目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)值,為姿態(tài)控制系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。3.建立了左右油缸與主梁夾角隨推進(jìn)缸長度和主梁偏轉(zhuǎn)角度的數(shù)學(xué)關(guān)系,推導(dǎo)了推進(jìn)合力方向與夾角的變化關(guān)系,分析出現(xiàn)有的四支油缸并聯(lián)的推進(jìn)系統(tǒng)存在著垂直于主梁方向的推進(jìn)干擾力,迫使TBM偏離預(yù)定軸線,并使刀盤主梁等處于惡劣工況下。提出了基于油缸分組的姿態(tài)自適應(yīng)推進(jìn)系統(tǒng)。采用聯(lián)合仿真技術(shù)分析了該系統(tǒng)在固定調(diào)向角度下和沿特定軸線跟蹤時(shí)的有效性。4.通過分析豎向調(diào)向系統(tǒng)的負(fù)載特性,指出現(xiàn)有豎向調(diào)向系統(tǒng)在TBM持續(xù)掘進(jìn)時(shí)進(jìn)行豎向調(diào)向,左右扭矩油缸存在著位移不同步,TBM機(jī)身有傾覆危險(xiǎn)的問題。在設(shè)計(jì)的新型豎向調(diào)向液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,提出以一側(cè)油缸位移參考,另一側(cè)油缸跟隨的同步控制策略,并通過仿真對比分析了以受壓力負(fù)載和受拉力負(fù)載的油缸為基準(zhǔn)時(shí),系統(tǒng)在階躍信號糾偏和斜坡信號進(jìn)行軌跡跟蹤時(shí)的響應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：TBM 姿態(tài)控制 液壓系統(tǒng) 軌跡跟蹤策略 姿態(tài)自適應(yīng)推進(jìn)系統(tǒng) 位移同步控制
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U455.3
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 TBM技術(shù)概述12-15
• 1.2 TBM技術(shù)發(fā)展概況15-19
• 1.2.1 國外TBM發(fā)展歷史及現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 國內(nèi)TBM發(fā)展歷史及現(xiàn)狀17-19
• 1.3 TBM姿態(tài)控制技術(shù)研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4 課題研究意義及內(nèi)容21-23
• 1.4.1 課題研究意義21-22
• 1.4.2 課題研究內(nèi)容22-23
• 1.5 本章小結(jié)23-24
• 2 TBM試驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真優(yōu)化24-42
• 2.1 TBM液壓系統(tǒng)概述24-25
• 2.2 TBM試驗(yàn)臺驅(qū)動液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)25-32
• 2.2.1 TBM驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理25-26
• 2.2.2 支撐推進(jìn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)26-30
• 2.2.3 刀盤馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)30-32
• 2.3 TBM試驗(yàn)臺姿態(tài)控制液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)32-34
• 2.3.1 豎向調(diào)向系統(tǒng)的工作原理32
• 2.3.2 豎向調(diào)向液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算32-34
• 2.4 TBM試驗(yàn)臺負(fù)載模擬液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)34-37
• 2.4.1 推力負(fù)載模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)34-36
• 2.4.2 刀盤約束液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)36-37
• 2.5 試驗(yàn)臺液壓系統(tǒng)仿真及優(yōu)化37-41
• 2.6 本章小結(jié)41-42
• 3 軌跡跟蹤理論模型42-60
• 3.1 曲線參數(shù)方程42-44
• 3.2 TBM目標(biāo)位姿求解44-46
• 3.3 執(zhí)行液壓缸的運(yùn)動學(xué)分析46-50
• 3.3.1 撐靴油缸運(yùn)動分析46-47
• 3.3.2 對左推進(jìn)油缸的運(yùn)動分析47-49
• 3.3.3 對于右推進(jìn)油缸運(yùn)動分析49-50
• 3.4 目標(biāo)位姿求解目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)50-59
• 3.4.1 直線型隧道設(shè)計(jì)軸線51-52
• 3.4.2 圓曲線型隧道設(shè)計(jì)軸線52-55
• 3.4.3 緩和曲線型隧道設(shè)計(jì)軸線55-59
• 3.5 本章小結(jié)59-60
• 4 姿態(tài)自適應(yīng)的推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析60-74
• 4.1 TBM推進(jìn)液壓系統(tǒng)60-61
• 4.2 TBM推進(jìn)機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型61-67
• 4.3 姿態(tài)自適應(yīng)推進(jìn)系統(tǒng)67-70
• 4.3.1 分組推進(jìn)液壓系統(tǒng)67
• 4.3.2 姿態(tài)自適應(yīng)控制策略67-68
• 4.3.3 聯(lián)合仿真分析68-70
• 4.4 對比分析70-73
• 4.5 本章小結(jié)73-74
• 5 豎向調(diào)向系統(tǒng)同步控制74-83
• 5.1 豎向調(diào)向系統(tǒng)的工作原理74-77
• 5.1.1 豎向調(diào)向機(jī)構(gòu)74-77
• 5.1.2 豎向調(diào)向液壓系統(tǒng)77
• 5.2 同步控制策略77-78
• 5.3 仿真分析78-82
• 5.4 本章小結(jié)82-83
• 6 總結(jié)與展望83-85
• 6.1 論文總結(jié)83-84
• 6.2 工作展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-90
• 作者簡歷及在學(xué)期間取得的科研成果90

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