盾构管片拼装机刚柔耦合动力学研究

《盾构管片拼装机刚柔耦合动力学研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、盾构管片拼装机刚柔耦合动力学研究ResearchontheRigid-FlexibleCouplingDynamicsfortheSegmentErectorofShieldTunnelingMachine作者姓名：张碧专业名称：机械设计及理论指导教师：王国强教授学位类别：工学硕士论文答辩日期：2015年月日529摘要本文结合国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“盾构管片拼装测控技术”（No.2012CB724306），对盾构掘进机管片拼装机进行了运动学理论分析和刚柔耦合动力学仿真，为考虑构件的弹性变形对拼

2、装精度的影响，对关键受力部件进行了柔性化处理，通过刚柔耦合动力学仿真，使管片运动学参数计算结果更符合实际，根据管片位置参数和部件危险截面应力变化情况，对管片拼装机的运动精度和强度进行了评价。论文通过广泛查阅国内外相关文献，综述了国内外对盾构管片拼装机的应用和研究现状，总结了国内外专家学者对管片拼装机整机、重要部件的结构创新和仿真分析以及拼装控制策略等方面的研究方法和进展。探讨了国产管片拼装机研究存在的问题和发展方向。对管片拼装机工作原理进行了分析，从工程需求、功能要求及机构学原理出发，依据管片拼装机的选型原则，提

3、出了构建粗调与微调混联的管片拼装机的构型方案，以Ф6.29m盾构掘进机配套的管片拼装机为研究对象，分别介绍了其各系统结构及功用。运用D-H坐标表示方法和Jacobine矩阵速度分析法，对管片拼装机粗调机构和微调机构的运动学进行理论计算，通过MATLAB软件编程得了到抓取机构末端中心运动位置、速度和加速度曲线；建立微调机构位置逆解模型和速度映射模型，通过MATLAB编程得到了四根驱动液压缸伸长量变化曲线、管片位姿角度与驱动杆液压缸伸长量之间的映射规律以及管片转动角速度与驱动杆位移速度之间的映射关系。运用多体动力学软

4、件ADAMS对管片拼装机粗调机构和微调机构进行运动学仿真，得到了抓取机构末端中心运动位置、速度和加速度曲线；对管片拼装机粗调机构和微调机构进行动力学分析，考虑到几个特殊工况，如管片拼装机回转至90°提升臂伸出、回转至180°提升臂和平移杆伸出以及安装封顶块等，得到了各驱动力的变化曲线以及提升臂和平移杆受力曲线。基于有限元分析软件ANSYS和多体动力学软件ADAMS，将提升臂和平移杆柔性化，建立了管片拼装机的刚柔耦合模型，通过仿真得到了抓取机构末端运动位置、速度和加速度变化规律曲线，与刚体仿真所得结果进行对比，讨论

5、了将部件柔性化以后对拼装精度的影响；提取了仿真过程中提升臂和平移杆的应力实时分布曲线，验证其强度满足设计要求。本文通过对管片拼装机进行刚柔耦合动力学分析，可以更精确的得到拼装末端的运动学参数变化规律以及拼装机工作过程中关键部件应力的实时变化情况，验证了设计结构的合理性，为盾构管片拼装机的开发提供了参考。I关键词：盾构机，管片拼装机，运动学，动力学，刚柔耦合IIAbstractWiththenationalkeybasicresearchanddevelopmentprogram(973program)——“Con

6、trolTechnologyofshieldsegmentassembly(No.2012CB724306)”,thispaperanalysesthesegmenterectorinФ6.29mshieldtunnelingmachine.Becausetherearesomedifferencesbetweenthesegmenterectorthatwehavedesignedandthecommonlyusedone,therigid-flexiblecouplingtechnologywasapplie

7、dtoanalyzethedesignschemofthispaper.Withthekeycomponentsflexible,dynamicsimulationwasoperated.Theeffectofflexibledeformationontheaccuracyoftheassemblywasconsideredsothatthesimulationresultscameclosertothereality.Themaincontentsofthispaperincludethefollowingas

8、pects:(1)Byextensivelyreviewingtherelevantliterature,thepresentsituationofresearchandapplicationofsegmenterectioninshieldtunnelingmachinewassummarized.Theresearchmethodsandstageofexpertsa