基于數(shù)字樣機的敞開式硬巖隧道掘進機功能仿真研究.pdf

1、數(shù)字樣機技術(shù)結(jié)合了虛擬現(xiàn)實技術(shù)、仿真技術(shù)和計算機三維圖形技術(shù)，可以對產(chǎn)品的數(shù)字化原型進行設(shè)計開發(fā)、性能測試、制造仿真、應(yīng)用仿真、結(jié)果分析、產(chǎn)品優(yōu)化等過程。借助這一技術(shù)，可以在計算機中建立有限元模型，進行關(guān)于模型的有限元仿真，可以在計算機中建立機械系統(tǒng)的虛擬模型，來模擬實際情況中系統(tǒng)的動力學(xué)等不同方面的特性?？梢圆捎枚喾N軟件，借助它們各自的優(yōu)勢，來進行聯(lián)合仿真。
　　隧道掘進機，是一種高度智能化、集機、電、液、光、計算機技術(shù)為一體的

2、用于隧道施工的重大設(shè)備。而隧道掘進機具有自動化程度較高、施工速度較快、工程完成質(zhì)量好、節(jié)省人力等特點。當(dāng)今社會，隧道工程不斷增多，隧道掘進機將得到長足發(fā)展。為了確保隧道掘進機的設(shè)計質(zhì)量，縮短設(shè)計時間，減少設(shè)計費用，將數(shù)字樣機技術(shù)引入到掘進機設(shè)計和研究過程中。
　　本文的研究對象是德國維爾特TB803E型敞開式硬巖隧道掘進機。本論文的主要內(nèi)容分為大體分成以下三大部分。
　　第一部分，基于現(xiàn)有的滾刀破巖理論和有限元研究方法，采用

3、ABAQUS軟件，建立有限元仿真模型。通過改變刀間距、切割速度和磨損量幾個參數(shù)的取值，來進行有限元仿真研究。將仿真得到的結(jié)果與由科羅拉多礦業(yè)學(xué)院公式計算得出的理論值進行對比，研究變化規(guī)律，并對得到的數(shù)據(jù)進行擬合，驗證模型的合理性。
　　第二部分，利用PRO/E軟件的三維建模功能的優(yōu)勢，在PRO/E軟件中建立掘進機的三維數(shù)字樣機模型。將模型導(dǎo)入到ADAMS軟件中，利用ADAMS在動力學(xué)仿真上的優(yōu)勢，在ADAMS軟件的環(huán)境下，通過計算

4、并設(shè)置掘進機掘進時的參數(shù)，來研究掘進機的推力與掘進速度、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與刀盤角速度的關(guān)系。
　　第三部分，利用ADAMS和MATLAB/Simulink對數(shù)字樣機模型進行關(guān)于動力學(xué)和控制的聯(lián)合仿真，通過采用PID控制方法，研究關(guān)于推力和掘進速度的控制性能，并改變初始推力和穩(wěn)態(tài)速度等條件，研究速度響應(yīng)曲線的變化規(guī)律，并研究在穩(wěn)態(tài)速度突變的情況下，速度響應(yīng)曲線的變化情況，研究系統(tǒng)重新恢復(fù)穩(wěn)定的變化過程，為實際施工中掘進機的控制與操作提供一定