TBM姿態(tài)控制技術研究.pdf

1、全斷面掘進機（Tunnel Boring Machine，簡稱TBM）是適用于硬巖地質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。

2、　　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

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