盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)分區(qū)布局的動力傳遞特性及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、盾構(gòu)是現(xiàn)代化隧道工程施工的大型掘進(jìn)裝備，推進(jìn)系統(tǒng)是盾構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，主要承擔(dān)著整個(gè)盾構(gòu)的頂進(jìn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)的曲線行進(jìn)、姿態(tài)控制、糾偏以及同步運(yùn)動。在掘進(jìn)過程中，由于所處的地質(zhì)條件是復(fù)雜多變的，盾構(gòu)機(jī)刀盤前端受到的負(fù)載也隨之不斷變化，所以往往會引起盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)動力傳遞的復(fù)雜多變，這樣不僅會使盾構(gòu)掘進(jìn)過程中順應(yīng)負(fù)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(fù)載不均衡，造成管片破損，開裂，崩塌等現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)重影響盾構(gòu)掘進(jìn)施工的效率

2、和整個(gè)隧道工程的質(zhì)量。
　　本文以土壓平衡盾構(gòu)機(jī)為研究對象，基于盾構(gòu)的動力傳遞特性分別對盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)四分區(qū)均勻和非均勻的布局設(shè)計(jì)機(jī)理展開深入研究：
　　1．對盾構(gòu)地層掘進(jìn)過程中實(shí)現(xiàn)向前掘進(jìn)和姿態(tài)調(diào)整情況下的受力狀況進(jìn)行了詳細(xì)分析，并構(gòu)建了盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)的力學(xué)模型。針對均勻地質(zhì)和非均勻地質(zhì)兩種工況，分別計(jì)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(jìn)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(chǔ)。
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3、．通過對盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行詳細(xì)分析，得出超冗余推進(jìn)系統(tǒng)的等效并聯(lián)機(jī)構(gòu)模型，并對其位置和速度進(jìn)行分析，得出速度和力傳遞雅克比矩陣，在此基礎(chǔ)上利用Solidworks和ADAMS對盾構(gòu)掘進(jìn)過程中存在的三種運(yùn)動姿態(tài)分別進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真分析，為后續(xù)的動力學(xué)分析奠定基礎(chǔ)。
　　3．依據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)推進(jìn)系統(tǒng)負(fù)載順應(yīng)性和頂推在管片上作用力均布性原則，建立推進(jìn)系統(tǒng)動力傳遞性能評價(jià)指標(biāo)，并結(jié)合盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)力學(xué)理論模型，分別對推進(jìn)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(jìn)行詳細(xì)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(jī)構(gòu)力傳遞模型建立其理論分析模型，通過對不同地質(zhì)載荷工況下不同敏感參數(shù)影響的動力傳遞性能分別進(jìn)行詳細(xì)的仿真對比分析。
　　4．確立以推進(jìn)系統(tǒng)液壓缸推力的性能評價(jià)指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，影響動力傳遞性能的敏感因素為設(shè)計(jì)變量，設(shè)置相關(guān)的約束函數(shù)，采用粒子群優(yōu)化算法分別對推進(jìn)系統(tǒng)四分區(qū)均勻布局和非均勻布局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將得到的優(yōu)化后結(jié)果與原