盾構(gòu)管片拼裝機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著城市化和工業(yè)化步伐的加快，盾構(gòu)法施工技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于鐵路隧道、過江隧道、公路隧道和城市地下工程。全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)是集機(jī)、電、液、光、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的大型地下工程建設(shè)裝備，是大規(guī)模開發(fā)利用地下空間的前提條件。作為全斷面掘進(jìn)機(jī)的重要功能部件的管片拼裝機(jī)對(duì)整個(gè)地下施工具有重要的影響。因此，具有良好的工作性能的管片拼裝機(jī)就顯得非常重要。
　　本課題以“十一五”國(guó)家重大科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目——全斷面掘進(jìn)機(jī)（大型全斷面掘進(jìn)機(jī)研制）項(xiàng)目(2

2、007BA09B01)和沈陽(yáng)北方重工集團(tuán)(NHI)的合作項(xiàng)目為依托，開展相關(guān)研究工作。以沈陽(yáng)北方重工集團(tuán)全斷面掘進(jìn)機(jī)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Φ3.2米多功能全斷面掘進(jìn)試驗(yàn)機(jī)為平臺(tái)，對(duì)其管片拼裝機(jī)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，使其具有靈活的調(diào)姿功能。然后對(duì)改進(jìn)后的管片拼裝機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析、液壓系統(tǒng)仿真分析以及靜力學(xué)分析，驗(yàn)證新機(jī)型的工作性能，為搭建基于視覺伺服技術(shù)的管片拼裝無人化智能控制系統(tǒng)提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)。本文的主要研究?jī)?nèi)容有如下

3、幾方面:
　　(1)首先闡述課題的研究背景和研究意義，介紹盾構(gòu)管片拼裝機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)形式及其工作原理以及國(guó)內(nèi)外的研究情況。
　　(2)針對(duì)試驗(yàn)機(jī)微調(diào)機(jī)構(gòu)不夠靈活的缺點(diǎn)，對(duì)試驗(yàn)機(jī)的調(diào)姿機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，使其能夠靈活調(diào)整管片姿態(tài)。并根據(jù)改進(jìn)后的試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)，利用三維建模軟件SolidWorks進(jìn)行零件建模和裝配建模，建立試驗(yàn)機(jī)虛擬樣機(jī)。
　　(3)根據(jù)串、并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析理論，對(duì)改進(jìn)后的管片拼裝機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)

4、力學(xué)分析。運(yùn)用串、并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)理論，構(gòu)建位置機(jī)構(gòu)和姿態(tài)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型，建立機(jī)構(gòu)位置逆解與速度映射解析方程，并求出機(jī)構(gòu)Jacobian矩陣。以牛頓—?dú)W拉動(dòng)力學(xué)方程和拉格朗日方程為基礎(chǔ)，構(gòu)建管片拼裝機(jī)姿態(tài)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，建立管片拼裝機(jī)姿態(tài)機(jī)構(gòu)操作空間——關(guān)節(jié)空間映射關(guān)系動(dòng)力學(xué)方程及操作空間動(dòng)力學(xué)方程。
　　(4)根據(jù)盾構(gòu)管片拼裝機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)和工作要求，建立試驗(yàn)樣機(jī)的液壓系統(tǒng)模型，利用 MATLAB中的SimHyd

5、raulics和Simulink工具箱進(jìn)行仿真，驗(yàn)證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　(5)將試驗(yàn)樣機(jī)的三維裝配體導(dǎo)入仿真工具軟件Matrix Laboratory（簡(jiǎn)稱MATLAB），再利用該軟件中的SimMechanics和Simulink內(nèi)置工具箱對(duì)改進(jìn)后的管片拼裝機(jī)進(jìn)行物理仿真，研究驅(qū)動(dòng)支鏈液壓缸驅(qū)動(dòng)力、位移及速度、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的工作載荷及速度等變化規(guī)律得到相關(guān)數(shù)據(jù)。
　　(6)建立試驗(yàn)樣機(jī)系統(tǒng)的多體動(dòng)力機(jī)械系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)的聯(lián)