房猛[1]2003年在《盾构推进机构电液控制系统的研究》文中提出隧道掘进技术又称“盾构技术”，是随着城市密集化、交通、上下水道、电气控制以及通讯设施的发达而发展起来的先进施工技术，伴随我国城市建设的大力发展，已成为国内工程界的研究热点。本论文在对盾构技术充分调研的基础上，通过阅读、分析及综合大量文献，对盾构机推进系统的电液控制系统进行了设计研究。通过对推进系统采用分组控制的原则，利用电液比例控制技术控制推进液压缸的速度及压力，来完成盾构推进过程中的地表沉降控制以及盾构机掘进姿态的调整，并在此基础上对其控制策略进行了研究、仿真，实验证明其有良好的控制效果。 此外，详细介绍了上位机监控软件的研制过程，采用Wincc作为主要开发工具，结合用户的实际需要，开发了操作方便，运行稳定，控制效果良好及易维护的监控软件。在开发过程中，严格按组态的思想进行开发，保证了代码的质量。最后介绍了实际开发过程中遇到的一些难点及采用的解决方法。论文主要内容如下： 第一章为绪论，综合论述了盾构机的发展历程、技术现状及其发展趋势，阐明发展盾构技术的意义。在此基础上提出盾构推进系统电液控制系统的总体设计思想，介绍了本文的主要研究方向和内容。 第二章介绍了本课题的总体设计方案，并针对掘进过程中地表沉降量的控制要求，分析盾构施工土压平衡的控制原理，建立了推进速度控制系统的数学模型，根据建立的模型使用仿真工具MATLAB对系统进行静、动态分析，结果表明系统的速度控制存在抖动现象。因此，在对比例调速阀控制特性研究的基础上，探讨了状态转移算法对改善系统速度控制性能的功效。 第叁章分析了盾构机推进系统的姿态调整原理，在理论分析的基础上，建立系统压力控制环节的数学模型，并依此分析了PID控制算法对系统压力控制性能的改善及环境变化因素对系统综合性能的影响。此外，通过仿真与实验，分析验证了在盾构推进系统中应用平衡阀对系统压力及速度控制性能的改善作用。 第四章对上位机监控系统做了概述，介绍了软件结构，对开发过程中遇到的问题及难点做了全面讨论。 第五章是总结与展望，对全文所做的研究工作进行了简要总结并对今后的工作进行了展望。
杨旭[2]2017年在《盾构刀盘高效电液驱动技术研究》文中认为盾构掘进机可在不影响地面设施的前提下开展隧道施工的一体化作业,是面向国家基础设施建设而研制的大型复杂装备。随着盾构机技术的不断提升,盾构隧道施工方法得到了广泛应用。刀盘系统作为盾构掘进机的关键子系统,不仅是耗能巨大,而且其性能还直接影响隧道施工的速度与安全。因此,刀盘驱动技术是盾构掘进机的关键技术之一。本文主要为提高刀盘系统的调速特性与效率特性,针对刀盘电液驱动系统开展优化设计与优化控制的研究。具体研究内容如下:第一章,介绍盾构机的施工原理与施工特点;阐述盾构机的发展状况,重点介绍近年来国内盾构掘进机的研制状况;概括现有盾构机刀盘系统的主要驱动方式,对面向刀盘电液驱动系统节能技术而开展的优化设计研究与优化控制研究,进行系统总结分析;并进一步提出本文的研究内容。第二章,设计一刀盘连续调速电液驱动系统。在分析传统盾构机刀盘电液驱动系统调速特性的基础上,本章提出了一刀盘连续调速电液驱动系统的设计方案。针对这一新型系统,设计一分段补偿控制方法,数值分析系统在该控制方法下的额定工作域特性。通过损耗建模方法,揭示刀盘液压系统效率的分布特性,为系统节能提供参考。此外,还提出可通过优化管路连接模式来提高刀盘液压系统效率的方法。最后,通过建模仿真的方法,分析刀盘转动惯量、管路模式与马达排量对刀盘系统速度刚度特性与速度调节特性的影响,为刀盘电液驱动系统的优化设计与优化控制提供理论指导。第叁章,提出一种刀盘电液驱动系统优化决策方法。通过分析传统刀盘载荷参数,得到一刀盘载荷特征的定义方法,并设计出刀盘载荷特征在线预测算法。基于现场施工数据,对该新型预测算法的预测精度进行了数值分析。通过实验方法,揭示刀盘电液驱动系统在不同电机模式下的系统效率特性。结合刀盘载荷特征在线预测算法与系统效率特性分析结果,进一步提出一刀盘电液驱动系统的优化决策方法。第四章,开展刀盘电液驱动系统的优化控制分析。对某隧道的5个等间隔隧道段的掘进参数进行优化决策,并得到试验台的优化控制模式。将5个隧道段的现场刀盘转速与刀盘扭矩数据,经相似变换后加载到刀盘电液驱动试验台,测试并分析系统优化前与优化后的能耗特性与能量传递特性,以分析优化决策方法的效率优化特性。进一步通过实验,对刀盘电液驱动系统进行驱动模式应急切换(刀盘控制模式优化失效时)时的电气冲击进行分析。最后通过建模仿真,对刀盘系统在进行驱动模式应急切换过程中的转速波动情况进行分析。第五章,对刀盘变转速变排量电液驱动系统的效率特性进行试验分析。对一变转速变排量泵控马达试验系统的额定工作域进行数值分析。通过实验,分析该新型驱动方式的效率随变量泵排量的变化而产生的变化,从环节角度揭示这一变化的原因,并得到系统在不同工作点的最高效率及其对应的变量泵排量。通过优化驱动,进一步得到系统在全工作域内高效工作的效率谱。将该效率谱与传统变排量泵控马达电液驱动系统的效率谱进行对比分析,得到两系统各自的优势效率工作域。此外,还对新型变转速变排量泵控马达电液驱动系统的待机功耗特性进行实验分析。最后,提出一种刀盘变转速变排量电液驱动系统的设计及驱动方案。第六章,总结本文主要的研究工作,并对今后刀盘电液驱动系统方面的研究工作提出一些建议。
邓颖聪[3]2010年在《盾构推进系统的分区建模与性能评价》文中指出盾构是现代化的隧道施工装备,而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。推进系统应能完成盾构的转弯、曲线行进、姿态控制、纠偏以及同步运动等,对推进系统进行分区控制是实现盾构有效推进作业的核心手段。随着经济的快速发展和城市化进程的加快,我国对盾构的需求急剧增加,对掌握盾构的设计理论的要求也越来越迫切。本文对盾构推进系统的分区、运行机理开展研究,取得如下成果:1、盾构推进系统等效机构模型建立盾构推进系统由为数众多的油缸沿环向均匀布置,每个推进缸前端铰接,后端通过顶靴顶在衬砌上。将顶靴与管片的接触部位等效为球副连接,将一条油缸支链等效为一条SPS支链,整个推进系统等效为具有多条SPS支链的并联机构。推进系统被分区后,根据力和力矩合成原理,一个分区的所有油缸可以简化为一条SPS支链,进而可以建立推进系统的分区等效机构模型。2、推进系统油缸分区的分区型式提出盾构推进系统所需克服的主要载荷是盾体与土体的摩擦力,其摩擦力的分布左右对称、上下非对称,为使推进系统有较好的土体顺应性,推进系统的油缸分区布置应与推进载荷分布相匹配。分区应遵循左右对称的原则,依照该种原则,本文提出了8种可能的分区型式,以供设计者选型。3、推进系统性能分析基于推进系统的等效机构模型,利用并联机构的反解方法,对推进系统进行了位置分析、速度分析、静力平衡分析。在求解静力平衡方程时,又提出了处于奇异位形邻域的驱动冗余并联机构静力求解的分割求解算法。4、推进系统分区性能评价指标建立推进油缸直接作用在管片上,管片往往承受到较大的推进反力,推进力的分布不均将使管片受力不均,会影响管片的拼装效果,使管片脱臼,甚至断裂。基于此,提出了推进力均匀性评价指标,用来对推进系统油缸分区进行性能评价。
胡国良[4]2006年在《盾构模拟试验平台电液控制系统关键技术研究》文中提出盾构机是集机械、电气、液压、测量、控制等多学科技术于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备。它需要针对不同地层地质要求进行设计制造，而目前国内并没有合适的设计理论和方法来进行指导，也没有掌握相应的设计理论，所以有必要搭建盾构模拟试验平台，用来模拟不同类型的盾构机在不同地层中的掘进过程，开展土压平衡盾构在典型地质条件下的控制策略、设计理论及计算方法的研究。这将有利于提高我国盾构机的设计制造水平，扩大盾构机的国产率。盾构模拟试验平台中，盾构机电液控制系统是其关键和难点所在。 论文以盾构模拟试验平台为研究对象，模拟实际盾构施工过程中的工况要求，采用电液比例控制技术对盾构模拟试验平台液压系统进行了原理设计。设计了一种基于压力流量复合控制的盾构推进电液控制系统，对推进系统中推进压力和推进速度的控制以及同步协调控制进行了分析研究。仿真和实验结果表明采用压力流量复合控制技术可实时控制推进系统的推进压力和推进速度，满足推进过程中随时变化的推进压力和推进速度的要求；同时采用主从式同步PID控制可使液压缸的同步精度范围控制在±3mm之间，满足掘进要求。对土压平衡的控制机理进行了实验研究，通过对密封仓内土仓压力的实时反馈来控制螺旋输送机的转速，可控制土压力在设定范围，基本实现土压平衡，实验结果表明粘土层中的土仓压力值一般控制在20KPa。论文还推导了盾构机总推力和刀盘扭矩的计算公式，对盾构机工作参数与土体的关系进行了实验研究，实验结果表明在土压平衡的情况下，刀盘扭矩和盾构总推力有良好的线性关系，并且盾构总推力随着推进距离的增加而缓慢地增加。本文的研究成果为实际盾构机的设计制造提供了相关参考依据。 论文主要研究内容如下： 第一章，阐述了盾构机以及盾构模拟试验平台的国内外发展概况及现状，论述了盾构机电液控制系统需要解决的关键技术问题。提出了本课题的研究内容以及完成论文所要进行的研究工作。 第二章，在对实际盾构机施工过程中的工况要求进行分析的基础上，采用电液比例控制技术对盾构模拟试验平台电液控制系统进行了原理设计。包括基于压力流量复合控制技术的推进液压系统；采用电比例反馈控制技术的螺旋输送机液压系统以及采用全局功率自适应技术的刀盘驱动液压系统。 第叁章，介绍了盾构模拟试验平台监控系统软硬件结构设计。利用基于CC-Link现场总线的PLC控制实现了盾构液压系统的控制功能，同时对盾构液压系统进行了PLC控制设计；采用组态王对盾构机液压监控系统界面进行开发设计。 第四章，采用AMESim和MATLAB仿真软件建立了推进电液控制系统的仿真模型。对盾构推进液压系统的压力控制特性和速度控制特性进行仿真分析。结果表明采用压力
周赛群[5]2008年在《全断面硬岩掘进机（TBM）驱动系统的研究》文中研究指明隧道掘进机(Tunnel Boring Machine),简称TBM,是集机械、电气、液压、测量、控制等多学科技术于一体,专用于地下隧道工程施工的技术密集型工程装备。随着工业的发展和人口的膨胀,地球资源日益短缺,环境日益恶化,人类赖以生存的地球已不堪重负。世界各国政府除了采取综合性整治工作,提倡节能、环保外,都日益重视地下空间的开发利用。在我国经济高速发展的带动下,未来20年,我国城市化将进入加速发展时期,随之而来的市政工程、城市地铁、水利水电等基础设施建设已经摆到了一个非常重要的地位,大量采用TBM技术进行地下工程建设已成为我国城市化进程的必然选择。论文以中天山隧道工程为背景,以德国WIRTH公司生产的TB880E型全断面硬岩隧道掘进机为研究对象。结合工程的实际地质情况,对硬岩TBM主驱动系统的工作原理进行了研究。通过对TBM液压系统的现场组装调试和对掘进作业过程的观察,进一步掌握TBM液压系统的工作性能,并对TBM掘进作业时液压系统的工作参数进行测量分析。本文的研究成果为国内相关单位对TBM的研发和各施工单位在工程中对TBM的合理应用提供了参考依据。论文的主要研究内容如下:第一章,介绍了目前世界上应用的隧道施工方法以及施工机械—TBM的概况,阐述了国内外TBM技术的状况。提出了本文的研究背景和研究意义,概述了本文的主要研究工作。第二章,结合工程实际,分析了TBM主驱动系统对驱动动力的要求,并简要介绍了TBM液压主泵站的基本情况。第叁章,分析了TBM的组成结构和破岩机理,对TBM刀盘电机主驱动系统和辅助液压驱动系统的工作原理和特性进行了研究,硬岩TBM采用电液复合驱动的方式是适应复杂地质条件的要求。第四章,分析了电液比例技术的特点及TBM中电液比例技术的应用。对TBM推进液压系统和支撑液压系统的工作原理和性能进行了研究,分析了推进和支撑液压系统工作参数的调整对TBM掘进效率和掘进姿态的影响。第五章,结合液压系统原理图,分析了TBM液压系统组装调试过程中出现的一些问题的原因所在。对TBM掘进作业时液压系统的工作参数进行了测量分析。第六章,总结了全文的研究工作和研究成果,并提出了需要进一步深入研究的工作方向。
马建, 孙守增, 芮海田, 王磊, 马勇[6]2018年在《中国筑路机械学术研究综述·2018》文中研究说明为了促进中国筑路机械学科的发展,从土石方机械、压实机械、路面机械、桥梁机械、隧道机械及养护机械6个方面,系统梳理了国内外筑路机械领域的学术研究进展、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。土石方机械方面综述了推土机、挖掘机、装载机、平地机技术等;压实机械方面综述了静压、轮胎、圆周振动、垂直振动、振荡压路机、冲击压路机、智能压实技术及设备等;路面机械方面综述了沥青混凝土搅拌设备、沥青混凝土摊铺机、水泥混凝土搅拌设备、水泥混凝土摊铺设备、稳定土拌和设备等;桥梁机械方面综述了架桥机、移动模架造桥机等;隧道机械方面综述了喷锚机械、盾构机等;养护机械方面综述了清扫设备、除冰融雪设备、检测设备、铣刨机、再生设备、封层车、水泥路面修补设备、喷锚机械等。该综述可为筑路机械学科的学术研究提供新的视角和基础资料。
施虎[7]2012年在《盾构掘进系统电液控制技术及其模拟试验研究》文中认为盾构是一种在大直径钢圆筒内实现挖掘、排渣、衬砌等隧道建设过程自动化和工厂化的大型复杂掘进装备,当前我国基础设施和国防建设领域需求十分紧迫。盾构掘进主要有控制与测量、刀盘刀具、电液控制等叁大关键技术。电液控制系统承担着盾构向前推进和刀盘切削土体的任务,其控制性能直接影响掘进安全、工效及装备能耗。此外,盾构穿越地质条件复杂多变,系统负载和掘进过程难以用理论模型直接描述,而现场试验需付出较大经济代价和承担较高安全风险,设计方法的完善和关键技术的突破须借助掘进模拟试验来实现。因此,研制盾构掘进模拟试验平台并通过模拟试验开展推进、刀盘驱动等电液控制技术研究是提升我国掘进装备制造能力的重要途径,具有很强的工程应用背景和学术研究价值。论文建立了采用分项阻力合成的盾构推进力和刀盘扭矩计算模型,与传统经验公式相比,该模型包含土质参数、切深、刀盘开口率和密封舱压力等关键影响因素,描述了推进系统与刀盘驱动系统之间的负载匹配关系,揭示了推进力、推进速度、刀盘扭矩及刀盘转速等参数之间的相互影响规律。典型土层掘进模拟试验验证结果表明,均一地质中模型计算值与实测值吻合较好,相对误差小于3%,为推进和刀盘驱动电液控制系统负载精确计算和预测提供了理论依据。论文提出了一种节能型盾构刀盘驱动方式,该方式采用变转速定量泵控制液压马达驱动刀盘转动,显着提高了驱动系统的能量传递效率,有效解决了现有驱动系统因正常工况转速低导致系统能量浪费严重的问题。节能型变转速刀盘驱动系统模拟试验结果表明,该系统在粘土、砂土和砂砾叁种典型土层中切削时较现有变排量系统能量传递效率提升幅度均非常明显,刀盘在0.5r/min至1.25r/min区间内工作时该驱动系统最高可节能50%。论文提出了盾构推进液压系统突变载荷顺应性定义以及评价指标,该指标可定量评价现有典型系统突变载荷顺应性的优劣,基于此类指标形成的评价体系可应用于盾构推进液压系统设计方法中,构建相应设计平台用以引导系统设计。由此自主创新设计的Φ6.3m盾构推进液压系统,其载荷顺应性能明显优于现役国外盾构,可将单位突变外界载荷衰减至原有69%,从而有效缓减系统承受的冲击。研究成果可成为提高掘进装备可靠性和降低故障率的理论依据和设计准则。论文还完成了盾构掘进综合模拟试验台总体设计和研制了掘进系统电液控制技术专项实验台,综合试验台具有功能多样且集成度高、模拟地质环境覆盖范围宽、掘进土体边界影响小等突出优点,且全物理和半物理模拟相结合,弥补了现有试验台规模小、功能单一的缺陷,为盾构电液控制技术研究提供了理想的实验条件。本论文主要研究内容如下：第一章,介绍了盾构原理、国内外发展历程及其关键技术,综述了模拟试验台盾构及推进、刀盘、管片等驱动控制系统的研究进展和存在的不足,进而指出本课题的研究背景及所要开展的研究内容。第二章,分析了盾构掘进动力系统模拟试验方法,并针对掘进动力系统电液控制技术研究的实际要求,研制了Φ3m盾构掘进综合模拟试验台、缩尺盾构模拟试验台和掘进电液控制系统半物理仿真实验台,通过试验台之间的优势互补,为掘进动力系统电液控制研究提供了实验条件。第叁章,提出基于分项阻力的盾构推进力计算模型,并借助相关实验验证修正了传统基于施工经验的推进力估算公式。通过仿真分析和掘进模拟试验从压力和速度控制特性以及多缸同步控制等方面对比例溢流阀和比例调速阀组合与比例减压阀两种典型结构型式的推进液压系统作了对比研究。第四章,建立了盾构刀盘扭矩负载计算模型并分析了推进与刀盘工作参数匹配关系,基于负载模型通过仿真和模拟实验开展了变转速和变排量刀盘液压驱动系统工作效率对比研究,以粘土、砂土和砂砾土叁种土层中掘进时采集的刀盘工作参数为基础,分析了叁种土层中变转速盾构刀盘液压驱动系统比现有变排量系统的效率提升效果。第五章,建立了管片拼装机构运动学和动力学模型,并采用摄动法分析了拼装过程中管片的位姿误差,针对管片拼装定位过程中执行器的运动速度和精度控制提出了速度和位置复合控制策略,提高了管片定位运动的平稳性。第六章,提出液压系统顺应性定义和评价方法对国外典型盾构推进液压系统突变载荷顺应性进行了评估,分析了油液体积弹性模量、压力阀结构参数等顺应性影响因素,提出了基于顺应性的盾构推进液压系统设计方法并完成了新型液压系统设计。第七章,概括和总结了全文的主要研究工作和成果,为本课题未来开展进一步深入研究提供了参考思路和方向。
郑博[8]2011年在《盾构机试验台模拟加载器的研究》文中研究说明盾构机试验台作为研究盾构机的试验设备已经得到广泛研究。盾构机试验台模拟加载器是再现试验台掘进工况的装置。其精度的高低就决定了试验台试验研究符合现实工况程度。本课题试验台加载装置的研究分为刀盘切削模拟加载系统以及掘进反力模拟加载系统两大部分。通过阅读、分析及综合大量文献,结合液压技术、经典控制策略、PLC控制及系统仿真技术对盾构机试验台加载系统进行了设计研究。在电液比例技术的基础上,运用电液比例溢流阀对系统的加载压力进行精确控制。在液压控制部分,根据加载需求完成了液压加载系统的设计与计算。对液压系统的主要元件以及相关辅件进行了选型计算和相关校核。为了简化液压站的设计,对系统的液压阀块进行了集成设计。运用AMESim和MATLAB仿真软件联合对液压系统建立了仿真模型。对加载液压系统压力控制特性进行了仿真分析。并运用PID控制策略对液压系统进行控制,使得加载系统的误差精度可满足设计要求。在电气控制部分,采用PLC作为控制器。确定系统的电气硬件组成方案,绘制电气控制电路图;完成电气控制系统设计,对主要的电气元件进行了选型;完成了PLC的选型、I/O地址分配等硬件设计;编制了系统流程图及梯形图,并对程序编译及调试。经过调试后,程序达到了预定的控制要求。最后,在上位机中利用组态软件WinCC开发出友好的用户监控界面。在WINCC平台下将设备运行参数以实时记录,很好地反映了系统的运行情况以及监测系统的运行状态。为设备维护和生产管理提供实时、可靠的决策依据。
丁书福[9]2005年在《盾构管片拼装机电液控制系统研究》文中研究表明盾构技术是随着现代交通运输、地下工程、矿山开采、水利工程以及市政建设等的需要而发展起来的先进隧道施工技术。随着我国城市地下交通设施建设进程的加快,盾构技术现已成为国内工程界的研究热点。本论文在对盾构技术充分现场调研的基础上,通过阅读、分析及综合大量文献,对盾构管片拼装机电液控制系统进行了设计与分析研究,并得出了一些有价值的结论。 第一章为绪论,首先概述了盾构技术施工过程、介绍了土压平衡式盾构机结构及工作原理。接着,概述了盾构及管片拼装机相关技术国内外研究现状及发展趋势,主要包括管片拼装机液压系统、管片拼装机无线电液遥控器及盾构管片衬砌受力分析等方面内容。最后,结合工程实际,提出了本课题的来源、研究意义及主要研究内容。 第二章首先对管片拼装机工作原理及管片拼装过程进行了介绍。接着结合管片拼装机功能要求详细分析了管片拼装机液压系统,其中包括各个液压模块的功能以及液压元件的选型。最后给出了液压动力单元部分参数的计算。现场测试数据为设计计算提供了依据。 第叁章主要讨论了管片拼装机无线遥控器的软硬件设计及编解码算法实验研究。首先在分析了无线电液控制器原理的基础上,给出了编码模块、解码模块和射频收发模块叁个功能模块的硬件解决方案和硬件电路的具体实现。其次,设计了控制器的无线通信协议、采用C51语言编写了管片拼装机无线遥控器软件并给出了各个功能模块的程序框图。最后,讨论了管片机无线遥控器的纠错编解码算法的选择与实现,并给出了实验分析。实验证明,选择交织BCH编码能有效地降低误码率,从而提高系统的可靠性。 第四章首先概述了管片衬砌受力分析的常用方法并详细介绍了荷载结构法的基本思想。其次,讨论了自由变形圆环法计算管片衬砌内力的理论基础,并用ANSYS有限元分析软件对盾构隧道管片衬砌受力进行了有限元分析。同时,也进行了自由变形圆环法和梁一接头连续模型仿真结果的对比。最后,对仿真结果进行了分析,并通过分析得出了对工程实际有指导意义的一些结论。 第五章对本论文所做的研究工作进行了简要的总结并对后续工作进行了展望。
王林涛[10]2014年在《盾构掘进姿态控制关键技术研究》文中研究指明盾构掘进机是一种专用于隧道施工工程的全断面掘进装备,它可以实现隧道建设过程中开挖、支护、衬砌、排渣等自动化和工厂化作业。隧道设计轴线是在综合考虑列车安全、地质条件以及地表建筑物等因素基础上确定的理想隧道轴线,盾构掘进姿态控制技术是保证盾构以正确的姿态沿隧道设计轴线掘进、减少隧道实际轴线与设计轴线偏差、提高衬砌建设质量和效率的关键技术。本文在分析了不同结构参数条件下推进并联机构的定向工作空间和盾构最小转弯半径基础上,建立了描述盾构工作空间与推进机构结构参数的数学解析关系,提出了基于盾构工作空间分析的盾构推进机构关键结构参数设计方法,有效地解决了盾构推进机构结构参数与隧道设计轴线的匹配问题,应用该方法对直径为6.34m的土压平衡盾构推进机构的结构参数进行了设计,使该盾构可以满足隧道设计轴线最小曲率半径为175m且轴线拟合误差最大允许值为10mm的隧道施工技术要求。分析了盾构沿直线、圆弧曲线和缓和曲线叁种典型隧道设计轴线掘进时盾构推进姿态变化规律,建立了根据盾构位姿求解各推进液压缸位移的数学模型,提出了盾构沿叁种隧道设计轴线掘进时盾构目标位姿和推进液压缸目标运动特性计算方法,从而改进和完善了基于盾构各分区推进液压缸位移协调控制技术的盾构轨迹跟踪控制系统,将该系统应用范围扩展到圆曲线和缓和曲线段隧道施工盾构姿态控制,不再局限于直线段的盾构姿态控制；建立了盾构推进姿态调整过程中的系统动力学模型、电液控制系统数学模型和地层对盾构约束载荷模型,在此基础上提出了以跟踪隧道设计轴线为控制目标的盾构推进姿态自动控制系统,克服了现有盾构姿态自动控制系统对地层参数的识别和预判、地层特性对盾构运动影响规律的依赖性。针对现有管片拼装机位姿控制系统无法兼顾拼装运动速度和精度的问题,研制了采用位置速度复合控制技术的盾构管片高效拼装控制系统,成功地解决了管片拼装机这一大惯量系统高速运动过程中的精度和运动平稳性问题,提高了隧道衬砌的施工质量和效率。已将管片高效拼装控制系统应用于2.2m试验管片拼装机的拼装运动控制,根据试验结果,在保证管片定位精度的前提下,拼装机回转运动的最大平均回转速度可以达到4.73r/min,该数值约为现有管片拼装机最大回转速度(1.5r/min)的3倍,于此同时可以将高速回转过程中的冲击力矩降为采用位置控制的管片拼装系统冲击力矩的30%左右。本论文主要章节及研究内容如下：第一章,介绍了盾构机工作原理及国内外盾构技术发展概况,分析了盾构推进电液控制技术、盾构推进姿态和轨迹跟踪控制技术和管片拼装控制技术的研究现状,对课题主要研究内容、研究背景和意义进行了阐述。第二章,分析了盾构推进并联机构的运动自由度,建立了盾构推进机构工作空间的约束方程,分析了不同结构参数条件下普通盾构和被动铰接盾构的工作空间,揭示了推进机构工作空间与盾构最小转弯半径的关系,提出了以盾构推进机构工作空间分析为基础,综合考虑隧道设计轴线最小曲率半径、隧道拟合误差、液压缸分布直径等因素的推进机构关键参数设计方法,并将该方法应用于针对特定隧道工程的某型盾构参数个性化设计。第叁章,建立了典型隧道设计轴线的参数方程,提出了盾构沿典型隧道设计轴线掘进过程中推进系统各分区液压缸行程的计算方法,并分析了盾构以特定速度沿直线型、圆曲线型和缓和曲线型隧道设计轴线掘进时各分区液压缸活塞杆速度与加速度特性以及液压缸缸筒摆动角速度、角加速度特性,为盾构掘进轨迹跟踪控制系统提供了目标参数。第四章,分析了盾构位姿调整运动特性,建立了盾构推进电液控制系统数学模型以及盾构推进系统载荷模型,针对不同隧道地质条件和隧道设计轴线类型提出了以推进液压缸位移为控制目标和以盾构掘进轨迹为控制目标的两种盾构姿态和轨迹跟踪自动控制系统,研制了用于进行盾构推进姿态和轨迹跟踪控制的试验台,通过仿真分析与模拟试验两种方式,验证了所提出的盾构位姿和轨迹自动控制系统性能的有效性,比较了两套系统在不同条件下的系统特性。第五章,分析了管片拼装运动工作特性,提出了兼顾管片拼装定位精度和拼装运动速度的高效管片位姿控制技术,建立了管片拼装电液控制系统数学模型并设计了采用四种不同管片拼装运动控制技术的拼装机控制系统,研制了缩尺管片拼装机试验台,在试验台上开展管片拼装定位运动控制试验,验证每一种控制系统的有效性并分析他们各自的优缺点。第六章,概括和总结了全文的主要研究工作和成果,为未来针对本课题开展进一步研究提供了参考思路和方向。
参考文献：
[1]. 盾构推进机构电液控制系统的研究[D]. 房猛. 浙江大学. 2003
[2]. 盾构刀盘高效电液驱动技术研究[D]. 杨旭. 浙江大学. 2017
[3]. 盾构推进系统的分区建模与性能评价[D]. 邓颖聪. 上海交通大学. 2010
[4]. 盾构模拟试验平台电液控制系统关键技术研究[D]. 胡国良. 浙江大学. 2006
[5]. 全断面硬岩掘进机（TBM）驱动系统的研究[D]. 周赛群. 浙江大学. 2008
[6]. 中国筑路机械学术研究综述·2018[J]. 马建, 孙守增, 芮海田, 王磊, 马勇. 中国公路学报. 2018
[7]. 盾构掘进系统电液控制技术及其模拟试验研究[D]. 施虎. 浙江大学. 2012
[8]. 盾构机试验台模拟加载器的研究[D]. 郑博. 青岛科技大学. 2011
[9]. 盾构管片拼装机电液控制系统研究[D]. 丁书福. 浙江大学. 2005
[10]. 盾构掘进姿态控制关键技术研究[D]. 王林涛. 浙江大学. 2014
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