全斷面掘進(jìn)機(jī)數(shù)字樣機(jī)優(yōu)化設(shè)計與功能仿真關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、全斷面掘進(jìn)機(jī)是國務(wù)院確定的振興民族裝備制造業(yè)16項重點扶持的重大項目之一，國家在先進(jìn)制造領(lǐng)域重點扶持全斷面掘進(jìn)機(jī)的研究與開發(fā)，以制造物理樣機(jī)和進(jìn)行工程試用為目標(biāo)，爭取在2015年實現(xiàn)系列化和產(chǎn)業(yè)化。國外相關(guān)方向研究已有很多成果，但大多出于商業(yè)利益考慮而處于保密狀態(tài)。因此為實現(xiàn)國內(nèi)全斷面掘進(jìn)機(jī)的自主開發(fā)，就要求對全斷面掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行大量的基礎(chǔ)研究。
　　本文以數(shù)字樣機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，主要針對全斷面掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)分析、功能仿真與實際

2、施工過程的虛擬實現(xiàn)進(jìn)行了研究。探討了刀具工作機(jī)理并建立了相關(guān)仿真模型與磨損模型，分析了盾尾注漿過程與重要工作部件的動態(tài)機(jī)械性能，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立了全斷面掘進(jìn)機(jī)虛擬施工系統(tǒng)。論文主要包含以下幾個方面的研究內(nèi)容。
　　(1)分析了全斷面掘進(jìn)機(jī)上盤形滾刀的破巖機(jī)理與受力模型，針對EPBΦ6.28m全斷面掘進(jìn)機(jī)上的盤形滾刀建立了破巖仿真有限元分析模型.分別就滾刀工作時的實際工況條件進(jìn)行了巖石壓痕試驗與線性切槽試驗的仿真分析，得出該盤形

3、滾刀工作時的壓力-貫入度關(guān)系與最優(yōu)刀間距范圍。并基于多變量非線性優(yōu)化算法建立了盤形滾刀布局參數(shù)優(yōu)化程序并進(jìn)行了優(yōu)化計算。
　　(2)以沈陽地鐵隧道工程中的實際刀具為基礎(chǔ)建立了切削刀具-砂土有限元分析模型并驗證有限元模型設(shè)置的準(zhǔn)確性，對切削刀具中的兩種主要類型（刮刀和主切削刀）進(jìn)行了仿真分析，探討了各種工作參數(shù)包括切深、切削前角以及地質(zhì)條件的變化對切削刀具切割砂土過程的影響。通過對仿真結(jié)果分析，總結(jié)了不同工作參數(shù)下的切削效果、刀具整

4、體應(yīng)力分布、以及刀尖表面的受力情況;以砂土切削仿真結(jié)果與刀具的實測磨損數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立了切削刀具的磨損預(yù)測模型。
　　(3)通過對全斷面掘進(jìn)機(jī)的注漿機(jī)理與注漿過程中的漿液擴(kuò)散模式的分析，針對實際工況建立了漿液擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了數(shù)值計算;針對全斷面掘進(jìn)機(jī)注漿系統(tǒng)工作過程進(jìn)行了流體動力學(xué)的仿真分析，為實際施工中合理安排各注漿參數(shù)提供了參考依據(jù);應(yīng)用粒子系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行建模，通過流體動力學(xué)仿真得到的漿液流動數(shù)據(jù)，在虛擬場景中對注漿過程進(jìn)行了

5、三維立體呈現(xiàn)。
　　(4)應(yīng)用數(shù)字樣機(jī)技術(shù)，以EPBΦ6.28m土壓平衡式全斷面掘進(jìn)機(jī)為基礎(chǔ)構(gòu)建了全斷面掘進(jìn)機(jī)幾何模型并在虛擬環(huán)境下進(jìn)行了具有沉浸感的虛擬裝配分析;討論了全斷面掘進(jìn)機(jī)主要結(jié)構(gòu)件的負(fù)載情況并針對不同的工況進(jìn)行了有限元結(jié)構(gòu)分析;針對盾尾關(guān)鍵工作部件-管片安裝機(jī)進(jìn)行了動力學(xué)仿真分析，并對管片抓取機(jī)構(gòu)進(jìn)行了剛?cè)峄旌戏抡娣治觥?br>　　(5)基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)并具有交互功能的全斷面掘進(jìn)機(jī)虛擬施工系統(tǒng)，該