论文部分内容阅读
盾构是现代化隧道工程施工的大型掘进装备,推进系统是盾构的关键组成部分,主要承担着整个盾构的顶进任务,实现盾构的曲线行进、姿态控制、纠偏以及同步运动。在掘进过程中,由于所处的地质条件是复杂多变的,盾构机刀盘前端受到的负载也随之不断变化,所以往往会引起盾构推进系统动力传递的复杂多变,这样不仅会使盾构掘进过程中顺应负载的能力下降,而且施工误差会增大,还会引起管片受力的负载不均衡,造成管片破损,开裂,崩塌等现象的发生,严重影响盾构掘进施工的效率和整个隧道工程的质量。本文以土压平衡盾构机为研究对象,基于盾构的动力传递特性分别对盾构推进系统四分区均匀和非均匀的布局设计机理展开深入研究:1.对盾构地层掘进过程中实现向前掘进和姿态调整情况下的受力状况进行了详细分析,并构建了盾构推进系统的力学模型。针对均匀地质和非均匀地质两种工况,分别计算水土压力和摩擦阻力载荷数值,并绘制出水土压力分布图,为后续推进系统的动力传递特性分析和布局优化提供了理论基础。2.通过对盾构推进系统的结构组成进行详细分析,得出超冗余推进系统的等效并联机构模型,并对其位置和速度进行分析,得出速度和力传递雅克比矩阵,在此基础上利用Solidworks和ADAMS对盾构掘进过程中存在的三种运动姿态分别进行运动学仿真分析,为后续的动力学分析奠定基础。3.依据盾构掘进时推进系统负载顺应性和顶推在管片上作用力均布性原则,建立推进系统动力传递性能评价指标,并结合盾构推进系统力学理论模型,分别对推进系统四分区均匀和非均匀系统空间力传递特性进行详细分析,并得出影响动力传递性能的主要敏感因素,以MATLAB为工具,基于并联机构力传递模型建立其理论分析模型,通过对不同地质载荷工况下不同敏感参数影响的动力传递性能分别进行详细的仿真对比分析。4.确立以推进系统液压缸推力的性能评价指标为目标函数,影响动力传递性能的敏感因素为设计变量,设置相关的约束函数,采用粒子群优化算法分别对推进系统四分区均匀布局和非均匀布局进行优化设计,将得到的优化后结果与原型号推进系统布局参数相比较,得出优化布局后推进系统的负载顺应性和均布性能更好,从而确定了优化后推进统布局设计的合理性。