異形盾構(gòu)五桿切削機(jī)構(gòu)的研究.pdf

1、異形盾構(gòu)以其切削斷面利用率高、能更好地符合施工要求、有效提高作業(yè)效率、減少施工成本等優(yōu)點而成為近年來盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的主要方向之一.該文通過將傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)中的五桿機(jī)構(gòu)與現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)相結(jié)合研究實現(xiàn)柔性傳動輸出(即伺服控制輸出)運動的異形盾構(gòu)五桿切削機(jī)構(gòu).主要內(nèi)容和研究成果如下:1、五桿機(jī)構(gòu)的奇異性分析 奇異性是機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的固有特性,通過對五桿機(jī)構(gòu)奇異性條件進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)和分析,為五桿機(jī)構(gòu)在盾構(gòu)切削刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計上避免出現(xiàn)奇異位形建立理論依據(jù).2、五

2、桿機(jī)構(gòu)的可動性分析 通過對平面兩自由度五桿環(huán)路的可動性進(jìn)行分析,得到五桿環(huán)路的可動性條件和平面兩自由度五桿環(huán)路兩個連架桿成為曲柄的充分必要幾何尺寸條件.這對五桿機(jī)構(gòu)在異形盾構(gòu)結(jié)構(gòu)上的實現(xiàn)至關(guān)重要.3、混合驅(qū)動平面兩自由度五桿機(jī)構(gòu)的運動學(xué)和動力學(xué)分析 該文提出盾構(gòu)五桿切削機(jī)構(gòu)適合混合驅(qū)動的概念,利用桿組法對五桿機(jī)構(gòu)的正向和逆向運動學(xué)進(jìn)行分析,建立運動學(xué)模型,以獲得輸出運動與輸入運動的位置、速度以及加速度之間的關(guān)系.并進(jìn)行了運動學(xué)的計算機(jī).

3、仿真在運動學(xué)分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行動力學(xué)分析,建立動力學(xué)模型,以獲得輸入運動與輸出運動之間的力矩及功率的關(guān)系.并對五桿機(jī)構(gòu)解耦及其動力學(xué)進(jìn)行了分析.4、異形盾構(gòu)五桿切削機(jī)構(gòu)三種軌跡方程(即位置方程)的建立 文中按照平面五桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的桿長條件對五桿機(jī)構(gòu)的類型進(jìn)行了分析,然后分析了五桿機(jī)構(gòu)的工作空間范圍,在此基礎(chǔ)上建立了異形盾構(gòu)五桿切削機(jī)構(gòu)矩形、橢圓形以及拱形(上弓形+下矩形)三種斷面形狀的位置方程.以上四點都為五桿機(jī)構(gòu)在異形盾構(gòu)切削機(jī)構(gòu)上

4、的實現(xiàn)打下了扎實的理論基礎(chǔ),為實際盾構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù).5、異形盾構(gòu)五桿切削機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置及其控制策略 文中對盾構(gòu)刀盤工作點的結(jié)構(gòu)布置形式、五桿機(jī)構(gòu)與混合驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)處理以及異形盾構(gòu)五桿切削機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了創(chuàng)新性的研究,首次提出四種驅(qū)動結(jié)構(gòu)(主電機(jī)—伺服電機(jī)、主電機(jī)—伺服馬達(dá)、主驅(qū)動馬達(dá)—伺服電機(jī)、主驅(qū)動馬達(dá)—伺服馬達(dá))的設(shè)計方案,并主要對不同驅(qū)動機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了動態(tài)穩(wěn)定性分析.6、基于朗肯理論,針對土壓平衡式圓形盾構(gòu)進(jìn)