基于數(shù)字化樣機技術(shù)的全斷面掘進機動力學(xué)仿真研究.pdf

1、數(shù)字化樣機技術(shù)是一項新興的工程技術(shù)，借助于這項技術(shù)，工程師們可以在計算機上建立機械系統(tǒng)的實體虛擬模型，模擬在現(xiàn)實環(huán)境下系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)相關(guān)的特性。還可以根據(jù)仿真結(jié)果，對機械系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，在產(chǎn)品設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)機械系統(tǒng)潛在的問題和不足之處，消除了傳統(tǒng)設(shè)計中對物理樣機的依賴性，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本，使企業(yè)更具有市場競爭性。然而數(shù)字樣機技術(shù)的可信度，很大程度上取決于計算機仿真技術(shù)，以及相關(guān)分析軟件的分析能力。雖然有許多功能

2、強大的建?；蚍治鲕浖?。但是很難用其中的某一種單一軟件獨立完成整個機械系統(tǒng)的工作過程。基于這種情況，聯(lián)合仿真應(yīng)運而生，各大軟件公司聯(lián)手，在不同領(lǐng)域之間的軟件間提供接口，可以使不同軟件實現(xiàn)連接，以共同完成整個機械系統(tǒng)的仿真過程。
　　全斷面隧道掘進機(Entire Cross Section Tunnel Boring Machine)，以下簡稱掘進機，是集機械、電氣、液壓、測量、控制等多學(xué)科技術(shù)于一體，用于地下隧道工程施工的技術(shù)密集

3、型工程裝備。隨著對隧道掘進機的應(yīng)用不斷的推廣，人們對掘進機的研究已經(jīng)由對掘進機理，機械結(jié)構(gòu)的研究，轉(zhuǎn)向如何針對土層的特性，選擇合理的切削方式，從而滿足掘進速度最快，并能最大限度地提高施工的效率;在特定地層條件下，如何選定與地層特性相適宜的掘進機工作參數(shù)，從而能確保開挖面的穩(wěn)定性，使得地表不至于產(chǎn)生過大的變形，盾構(gòu)施工對地層產(chǎn)生的擾動最小等。掘進機作為大型機械設(shè)備，具有設(shè)計復(fù)雜、制造周期長、造價高等特點，因此為了保證掘進機的設(shè)計質(zhì)量，縮短

4、設(shè)計周期并有效降低設(shè)計成本，可將數(shù)字樣機技術(shù)應(yīng)用到該產(chǎn)品的整個設(shè)計流程中。
　　本論文的研究對象是Φ6.28m土壓平衡式(EPB)掘進機的數(shù)字化樣機。本論文的主要內(nèi)容大體分為以下三大部分。第一部分是基于數(shù)字化樣機技術(shù)，利用ADAMS和MATLAB/Simulink對數(shù)字樣機進行動力學(xué)和控制的聯(lián)合仿真，采用PID控制方法，探討推力和掘進速度控制的控制性能，以及工程施工中由于地質(zhì)條件改變后，速度響應(yīng)曲線的變化規(guī)律，以給施工過程一定的指

5、導(dǎo)。第二部分是基于數(shù)字化樣機，利用聯(lián)合仿真的方法，實現(xiàn)掘進機的姿態(tài)控制，主要是研究掘進機在水平面上偏離預(yù)定軸線后的糾偏方法，以及該糾偏方法在小半徑曲線掘進作業(yè)中的應(yīng)用，并在數(shù)字化樣機上驗證了該糾偏方法的可行性。第三部分是為使仿真分析更接近實際，對管片拼裝機進行剛?cè)峄旌蟿恿W(xué)仿真及有限元分析，利用ADAMS和ANSYS對管片拼裝機的數(shù)字化樣機進行剛?cè)峄旌辖７治?，通過仿真結(jié)果，比較拼裝頭從剛體替換為柔性體后，對管片拼裝機的末端運動的影響，