盾構推進系統(tǒng)分區(qū)布局的動力傳遞特性及優(yōu)化設計研究.pdf

1、盾構是現(xiàn)代化隧道工程施工的大型掘進裝備，推進系統(tǒng)是盾構的關鍵組成部分，主要承擔著整個盾構的頂進任務，實現(xiàn)盾構的曲線行進、姿態(tài)控制、糾偏以及同步運動。在掘進過程中，由于所處的地質條件是復雜多變的，盾構機刀盤前端受到的負載也隨之不斷變化，所以往往會引起盾構推進系統(tǒng)動力傳遞的復雜多變，這樣不僅會使盾構掘進過程中順應負載的能力下降，而且施工誤差會增大，還會引起管片受力的負載不均衡，造成管片破損，開裂，崩塌等現(xiàn)象的發(fā)生，嚴重影響盾構掘進施工的效率

2、和整個隧道工程的質量。
　　本文以土壓平衡盾構機為研究對象，基于盾構的動力傳遞特性分別對盾構推進系統(tǒng)四分區(qū)均勻和非均勻的布局設計機理展開深入研究：
　　1．對盾構地層掘進過程中實現(xiàn)向前掘進和姿態(tài)調整情況下的受力狀況進行了詳細分析，并構建了盾構推進系統(tǒng)的力學模型。針對均勻地質和非均勻地質兩種工況，分別計算水土壓力和摩擦阻力載荷數(shù)值，并繪制出水土壓力分布圖，為后續(xù)推進系統(tǒng)的動力傳遞特性分析和布局優(yōu)化提供了理論基礎。
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3、．通過對盾構推進系統(tǒng)的結構組成進行詳細分析，得出超冗余推進系統(tǒng)的等效并聯(lián)機構模型，并對其位置和速度進行分析，得出速度和力傳遞雅克比矩陣，在此基礎上利用Solidworks和ADAMS對盾構掘進過程中存在的三種運動姿態(tài)分別進行運動學仿真分析，為后續(xù)的動力學分析奠定基礎。
　　3．依據(jù)盾構掘進時推進系統(tǒng)負載順應性和頂推在管片上作用力均布性原則，建立推進系統(tǒng)動力傳遞性能評價指標，并結合盾構推進系統(tǒng)力學理論模型，分別對推進系統(tǒng)四分區(qū)均勻和

4、非均勻系統(tǒng)空間力傳遞特性進行詳細分析，并得出影響動力傳遞性能的主要敏感因素，以MATLAB為工具，基于并聯(lián)機構力傳遞模型建立其理論分析模型，通過對不同地質載荷工況下不同敏感參數(shù)影響的動力傳遞性能分別進行詳細的仿真對比分析。
　　4．確立以推進系統(tǒng)液壓缸推力的性能評價指標為目標函數(shù)，影響動力傳遞性能的敏感因素為設計變量，設置相關的約束函數(shù)，采用粒子群優(yōu)化算法分別對推進系統(tǒng)四分區(qū)均勻布局和非均勻布局進行優(yōu)化設計，將得到的優(yōu)化后結果與原