TBM推进机构静刚度建模与灵敏性分析

针对大突变载荷、极限重载荷作用条件下TBM液压推进机构承载能力,研究TBM液压推进机构刚度性能及其灵敏性。所述方法将并联连接的每个液压推进缸支链的缸体、活塞及液压油视作串联连接的多柔体,建立了推进缸静刚度模型,并用有限元法验证了其有效性。然后,运用并联机构微分运动原理建立了机构运动学模型,建立了变形协调方程和动力兼容方程,得到了机构静刚度的关系式,并用有限元方法验证了其有效性。利用灵敏性分析法得到了机构刚度与结构尺寸以及位姿之关系,结果表明:机构楔形角、动平台大小对机构横向x轴、竖向y轴刚度以及纵向z轴转动刚度影响较大,横向x轴、竖向y轴刚度及其转向刚度分别相等;机构各向刚度偏差分布规律相同且随着纵向位移的增加而逐渐减小,其计算偏差不超过2%。

全断面岩石隧道掘进机支撑-推进-换步机构静刚度分析

针对全断面岩石隧道掘进机(Tunnel boring machine,TBM)在施工作业过程中掘进轨迹经常偏离预设轨迹、严重影响掘进精度及效率的问题,研究其支撑-推进-换步机构刚度半解析建模方法。从分析机构的变形协调条件入手,构造出计及所有支链构件及末端自身弹性贡献的半解析静刚度模型,该模型综合考虑了复杂物理边条(围岩)、机械系统刚度及液压系统刚度。通过算例揭示整机静刚度在掘进全域随位姿的变化规律,并借助有限元分析软件验证了所建模型的正确性。

TBM液压推进缸振动力学建模及其缩聚方法

针对TBM液压推进机构机械动力最优控制的振动力学建模问题,研究了TBM液压推进缸振动力学建模方法。考虑到其缸体、活塞及液压油的柔性,并利用拉氏动力学方法建立了其三自由度集中参数振动力学模型,运用有限元法验证了模型的有效性。利用动、静态缩聚法对所述模型的自由度进行了缩聚,并对缩聚模型与原模型的动力学特性进行了比较,结果表明:缩聚前后的模型在各推进位置的1阶固有频率最大误差值为1.37 Hz,幅频特性曲线的趋势基本吻合,验证了缩聚模型的有效性。所建立的推进缸振动力学缩聚模型,为推进机构的整机振动力学建模提供了前提条件,且可大大减少推进机构整机振动力学模型的自由度数,为其机械动力最优控制提供了高效、简单的计算模型。