雙連桿偏心盾構(gòu)刀盤系統(tǒng)總體參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、本論文主要論述的是同濟大學與上海市隧道股份有限公司聯(lián)合承擔的上海市城建集團重點項目研究工作。 本文涉及一種新型的盾構(gòu)掘進機——液壓缸驅(qū)動雙連桿偏心盾構(gòu)。傳統(tǒng)的單軸盾構(gòu)具有切削功率大、刀具磨損不均勻、軸承較大、不能切削異形斷面等缺點，而這種雙連桿偏心盾構(gòu)克服了傳統(tǒng)盾構(gòu)的缺點，大大降低制造成本，減小施工開支，節(jié)約能源，給社會帶來極大的經(jīng)濟效益。 由于盾構(gòu)的刀盤驅(qū)動及結(jié)構(gòu)形式為盾構(gòu)研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，它的性能好壞直接影響到盾構(gòu)

2、的性能，所以本文主要針對雙連桿偏心盾構(gòu)的刀盤驅(qū)動系統(tǒng)進行了詳細的研究。論文進行的主要研究工作如下： 1．根據(jù)雙連桿偏心盾構(gòu)刀盤的偏心旋轉(zhuǎn)運動模式，運用運動學原理，建立刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)學模型；推導了液壓缸的運動規(guī)律。具體包括液壓缸驅(qū)動系統(tǒng)的切向力、法向力、流量等與旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系。旨在為刀盤的結(jié)構(gòu)設計和刀具布置提供理論依據(jù)。 2．按經(jīng)驗公式確定切削扭矩的值。并針對刀盤部分主要零部件進行結(jié)構(gòu)設計與分析。具體包括：偏心半徑r與

3、盾構(gòu)外徑、刀盤尺寸的關(guān)系；驅(qū)動軸的數(shù)量及支承方式的確定；驅(qū)動軸的結(jié)構(gòu)方案選擇及布置位置；如何解決四驅(qū)動軸超靜定問題；刀盤的結(jié)構(gòu)形式及刀具的選擇。 3．采用遺傳算法進行優(yōu)化。針對偏心盾構(gòu)的偏心半徑、液壓缸的長度和直徑對盾構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計有較大的影響，建立多目標多約束的遺傳算法。采用實數(shù)進行編碼，應用線性加權(quán)和法、罰函數(shù)方法建立該問題的適應度函數(shù)。通過matlab 遺傳算法工具箱進行計算，得到參數(shù)的優(yōu)化值，以滿足設計要求。 4

4、. 采用接近開關(guān)控制凸輪的形式控制多液壓缸的大小工作腔換向配合，使液壓缸按照工作要求自動換向，帶動刀盤平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。設計定量泵液壓控制系統(tǒng)，并進行液壓元件的選擇。為克服定量泵系統(tǒng)產(chǎn)生的刀盤轉(zhuǎn)速脈動，對變量泵控制的恒功率系統(tǒng)進行分析，實現(xiàn)刀盤系統(tǒng)恒轉(zhuǎn)速工作的要求。 5．分別針對定量泵控制系統(tǒng)和恒功率控制系統(tǒng)進行分析，詳細的推導了兩種系統(tǒng)的時域模型，用Matlab軟件中Simulink工具箱進行仿真。結(jié)果表明，定量泵系統(tǒng)中刀盤轉(zhuǎn)速脈動較