TBM姿態(tài)控制技術(shù)研究.pdf

1、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(yù)定軸線掘進，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(shù)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(guān)系進行研究。

2、　　本課題是在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863)的資助下，設(shè)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(shè)計了新型的姿態(tài)調(diào)整和推進液壓系統(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(shè)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(shè)計了分組推進的推

3、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(shè)計過程進行了詳細描述。
　　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

4、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(chǔ)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(xué)關(guān)系，推導(dǎo)了推進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(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的有效性。
　　4.通過分析豎向調(diào)