基于數(shù)字樣機(jī)的敞開式硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)功能仿真研究.pdf

1、數(shù)字樣機(jī)技術(shù)結(jié)合了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)，可以對(duì)產(chǎn)品的數(shù)字化原型進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)、性能測(cè)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(jì)算機(jī)中建立有限元模型，進(jìn)行關(guān)于模型的有限元仿真，可以在計(jì)算機(jī)中建立機(jī)械系統(tǒng)的虛擬模型，來模擬實(shí)際情況中系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)等不同方面的特性。可以采用多種軟件，借助它們各自的優(yōu)勢(shì)，來進(jìn)行聯(lián)合仿真。
　　隧道掘進(jìn)機(jī)，是一種高度智能化、集機(jī)、電、液、光、計(jì)算機(jī)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(jìn)機(jī)具有自動(dòng)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(diǎn)。當(dāng)今社會(huì)，隧道工程不斷增多，隧道掘進(jìn)機(jī)將得到長(zhǎng)足發(fā)展。為了確保隧道掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少設(shè)計(jì)費(fèi)用，將數(shù)字樣機(jī)技術(shù)引入到掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)和研究過程中。
　　本文的研究對(duì)象是德國(guó)維爾特TB803E型敞開式硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)。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(gè)參數(shù)的取值，來進(jìn)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(jì)算得出的理論值進(jìn)行對(duì)比，研究變化規(guī)律，并對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，驗(yàn)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(shì)，在PRO/E軟件中建立掘進(jìn)機(jī)的三維數(shù)字樣機(jī)模型。將模型導(dǎo)入到ADAMS軟件中，利用ADAMS在動(dòng)力學(xué)仿真上的優(yōu)勢(shì)，在ADAMS軟件的環(huán)境下，通過計(jì)算

4、并設(shè)置掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時(shí)的參數(shù)，來研究掘進(jìn)機(jī)的推力與掘進(jìn)速度、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與刀盤角速度的關(guān)系。
　　第三部分，利用ADAMS和MATLAB/Simulink對(duì)數(shù)字樣機(jī)模型進(jìn)行關(guān)于動(dòng)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(jìn)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(shí)際施工中掘進(jìn)機(jī)的控制與操作提供一定