复合地层盾构切削系统协同仿真研究.pdf

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1、2010年第11期设计与研究·文章编号：1001—2265(2010)11—0005—04复合地层盾构切削系统协同仿真研究文伟力，冯平法，吴志军，刘建虎(清华大学精密仪器与机械学系，北京100084)摘要：基于复合地层盾构切削过程中的变载荷特性，采用协同仿真方法建立了盾构切削系统机械控制模型。针对几种典型地层工况下盾构在复合地层间的切削作业，由机械系统动力学模型确定刀盘输出转速、控制系统模型解算驱动力矩，通过机械和控制两系统实时数据交互实现了外部阻力矩变化时对盾构刀盘转速的动态控制。所建切削系统协

2、同仿真模型具有良好的地层适应性，为进一步研究盾构刀盘地质适应性设计理论及复合地层掘进过程中协调可控性的优化设计提供了参考。关键词：复合地层；盾构切削系统；机械控制系统；协同仿真中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AStudyontheCollaborativeSimulationoftheShieldMachineCuttingSysteminCompositeStrataWENWei—li，FENGPing—fa，wUZhi—jun，LIU]ian—hu(DepartmentofPreci

3、sionInstrumentsandmechanology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Basedonthecharacteristicsofvariableloadduringtheshieldmachinecuttingprocessincom-positestrata，mechanicalcontrolsystemofshieldmachinecuttingsystemisestablishedbycollaborative

4、simulationmethod．Accordingtoseveraltypicalworkingconditionsoftheshieldmachinecuttingoperationincompositestrata，theoutputrotationalspeedofthecutterheadisdeterminedbythedynamicmodelofthemechanicalsystem，thedrivingmomentiscalculatedbythecontrolsystemmode

5、l，andthedynamiccontroloftherotationalspeedoftheshieldmachinecutterheadisimplementedunderthechangesoftheexternalresistancemomentbyreal-timedataexchangebetweenthemechanicalsystemandthecontrolsys-tem．Theestablishedmodeloftheshieldmachinecuttingsystemhasa

6、goodstratumadaptabilityandpro-videsareferenceforstudyingtheshieldmachinecutterheaddesigntheoryofthegeologyadaptabilityandtheoptimizationoftheshieldmachinecoordinatedcontrolduringthediggingprocess．Keywords：compositestrata；shieldmachinecuttingsystem；mec

7、hanicalcontrolsystem；collaborativeSimulation典型工况为研究背景，进行了盾构切削系统机械动O引言力学及控制的协同仿真分析，在变阻力矩工况下，实盾构机作为一种集机、电、液于一体的大型掘进现了复合地层盾构旋转切削速度波动的较优控制，装备，其_T作环境通常较为恶劣，特别是在复合地层仿真模型的建立为研究盾构刀盘地质适应性设计理进行掘进作业。复合地层掘进作业的特征之一论及复合地层掘进过程中协调可控性的设计优化提是盾构切削系统外部载荷随地层及刀盘旋转切削角供了参考的变

8、化而改变，这会造成刀盘切削速度的跳动，加1协同仿真模型的构建剧刀盘刀具等关键零部件的磨损破坏，保持盾构切削系统输出转速的稳定成为进行盾构刀盘地质适应ADAMS以机械系统动力学模型的强大求解能性设计理论研究的重要内容之一。多领域协同建模力著称，但其对控制模型的求解能力有待加强；MAT—仿真技术在进行复杂产品设计过程中得到了较为广LAB／Simulink因其具有专业级的控制系统工具箱及泛的应用，本文针对复合地层变阻力矩特征，以多种相关算法模块，可以方便地进行复杂系统控制收稿日期：201