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

【摘要】：全斷面掘進機(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沿預定軸線掘進,減小隧道開挖誤差的關鍵子系統(tǒng)。目前國內(nèi)外對全斷面隧道掘進機的研究主要集中在適用于軟土地層的機型中,對于硬巖隧道掘進機的研究較少,對于姿態(tài)控制技術研究集中在獨立系統(tǒng)中,并沒有對姿態(tài)控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)存在的相互影響關系進行研究。本課題是在國家高技術研究發(fā)展計劃(863)的資助下,設計了直徑2.5m的TBM試驗臺,對現(xiàn)有的系統(tǒng)進行仿真研究,分析施工中所存在問題的原因,設計了新型的姿態(tài)調(diào)整和推進液壓系統(tǒng),提出相應的控制策略,采用聯(lián)合仿真等技術,驗證了系統(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機型,設計了直徑2.5m的縮尺試驗臺的液壓系統(tǒng),根據(jù)原有系統(tǒng)存在的問題,對液壓系統(tǒng)進行了優(yōu)化分析,設計了分組推進的推進液壓系統(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)的設計過程進行了詳細描述。2.將軌跡跟蹤技術引入到TBM姿態(tài)控制技術當中,在直線,圓曲線,緩和過渡曲線三種典型隧道軸線參數(shù)方程的基礎上,以主梁的位移和偏轉(zhuǎn)角度對一個掘進行程中的機身姿態(tài)進行了描述,得出了目標位置姿態(tài)描述方程,進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)和推進油缸的目標運動參數(shù)。并以TBM253-282機型的參數(shù)為標準得到了目標運動參數(shù)值,為姿態(tài)控制系統(tǒng)提供了基礎數(shù)據(jù)。3.建立了左右油缸與主梁夾角隨推進缸長度和主梁偏轉(zhuǎn)角度的數(shù)學關系,推導了推進合力方向與夾角的變化關系,分析出現(xiàn)有的四支油缸并聯(lián)的推進系統(tǒng)存在著垂直于主梁方向的推進干擾力,迫使TBM偏離預定軸線,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)自適應推進系統(tǒng)。采用聯(lián)合仿真技術分析了該系統(tǒng)在固定調(diào)向角度下和沿特定軸線跟蹤時的有效性。4.通過分析豎向調(diào)向系統(tǒng)的負載特性,指出現(xiàn)有豎向調(diào)向系統(tǒng)在TBM持續(xù)掘進時進行豎向調(diào)向,左右扭矩油缸存在著位移不同步,TBM機身有傾覆危險的問題。在設計的新型豎向調(diào)向液壓系統(tǒng)的基礎上,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載和受拉力負載的油缸為基準時,系統(tǒng)在階躍信號糾偏和斜坡信號進行軌跡跟蹤時的響應。
【關鍵詞】：TBM 姿態(tài)控制 液壓系統(tǒng) 軌跡跟蹤策略 姿態(tài)自適應推進系統(tǒng) 位移同步控制
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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技術概述12-15
• 1.2 TBM技術發(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試驗臺液壓系統(tǒng)設計及仿真優(yōu)化24-42
• 2.1 TBM液壓系統(tǒng)概述24-25
• 2.2 TBM試驗臺驅(qū)動液壓系統(tǒng)設計25-32
• 2.2.1 TBM驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理25-26
• 2.2.2 支撐推進液壓系統(tǒng)設計26-30
• 2.2.3 刀盤馬達驅(qū)動系統(tǒng)設計30-32
• 2.3 TBM試驗臺姿態(tài)控制液壓系統(tǒng)設計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)設計計算32-34
• 2.4 TBM試驗臺負載模擬液壓系統(tǒng)設計34-37
• 2.4.1 推力負載模擬系統(tǒng)設計34-36
• 2.4.2 刀盤約束液壓系統(tǒng)設計36-37
• 2.5 試驗臺液壓系統(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目標位姿求解44-46
• 3.3 執(zhí)行液壓缸的運動學分析46-50
• 3.3.1 撐靴油缸運動分析46-47
• 3.3.2 對左推進油缸的運動分析47-49
• 3.3.3 對于右推進油缸運動分析49-50
• 3.4 目標位姿求解目標運動參數(shù)50-59
• 3.4.1 直線型隧道設計軸線51-52
• 3.4.2 圓曲線型隧道設計軸線52-55
• 3.4.3 緩和曲線型隧道設計軸線55-59
• 3.5 本章小結(jié)59-60
• 4 姿態(tài)自適應的推進系統(tǒng)設計與仿真分析60-74
• 4.1 TBM推進液壓系統(tǒng)60-61
• 4.2 TBM推進機構數(shù)學模型61-67
• 4.3 姿態(tài)自適應推進系統(tǒng)67-70
• 4.3.1 分組推進液壓系統(tǒng)67
• 4.3.2 姿態(tài)自適應控制策略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)向機構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85-90
• 作者簡歷及在學期間取得的科研成果90

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

本文編號：255634