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面向纠偏工况的盾构机载荷模型及仿真研究

魏建

   盾构施工法以其环境友好性、适用地层范围广、施工成本低等优点,已经成为地下空间建设的主要掘进设备,加强盾构机技术领域的研究、开发、生产和应用的任务也越来越紧迫。盾构机轨迹纠偏一直是盾构施工的重要问题,以往施工过程中的轨迹纠偏主要靠操作者的手动调节,完全依赖操作者的经验,控制精度低,同时可能出现越纠越偏现象。若能对纠偏工况的载荷进行研究,并尝试将自动控制技术应用于纠偏过程,不仅能改善施工环境、避免施工危险,还将大大减少操作者的经验性操作,提高纠偏控制的精度。 载荷分析是偏差分析的基础,本文分析了盾构机掘进过程中的载荷模型及土压力的确定方法。在载荷分析的基础上,分别对滚动偏差和方向偏差进行研究.。同时对面向方向纠偏的多液压缸协调控制问题进行初步探讨。 首先,对盾构周围载荷进行分析,介绍了盾构掘进过程中周围载荷的分类方式,重点总结了盾构周围土压的基础理论和不同计算方法;在全覆土理论分析的基础上提出了考虑土压非均布形式的土压计算公式;最后利用有限元仿真方法,通过全覆土理论计算公式、太沙基理论计算公式与改进计算公式的比较分析,验证了土压改进公式的有效性。 其次,对滚动偏差进行分析。在分析盾构机滚动偏差影响因素的基础上,介绍了影响盾构滚动偏差的主要扭矩的计算方法,提出了盾构机发生滚动偏差的临界条件;并通过一个实际算例对盾构机的滚动偏差进行说明。 再次,对盾构机方向纠偏的重点问题,即液压缸推力的确定,进行分析。将液压缸推力的确定问题分解为液压缸前向推进力大小的确定及液压缸纠偏力矩的确定两个子问题。 ①分析液压缸前向推进力大小的计算方法; ②采用有限元方法建立了盾构掘进的三维有限元数值模型,研究纠偏力矩与纠偏角度之间的映射关系以及不同土体参数及埋深对上述映射关系的作用规律,可以通过土体参数及掘进参数来确定纠偏力矩。 最后,尝试性的探讨面向方向纠偏的多液压缸协调控制问题,引入用于方向纠偏的双闭环控制器。其中外环用于解决盾构载荷的耦合问题并给出液压缸的期望压力轨迹;内环用于跟踪期望轨迹并且给出液压缸伺服系统的励磁电压。……   
[关键词]:盾构纠偏;载荷分析;滚动偏差;方向偏差
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2010年
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