全斷面掘進(jìn)機(jī)數(shù)字樣機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(guó)務(wù)院確定的振興民族裝備制造業(yè)16項(xiàng)重點(diǎn)扶持的重大項(xiàng)目之一，國(guó)家在先進(jìn)制造領(lǐng)域重點(diǎn)扶持全斷面掘進(jìn)機(jī)的研究與開(kāi)發(fā)，以制造物理樣機(jī)和進(jìn)行工程試用為目標(biāo)，爭(zhēng)取在2015年實(shí)現(xiàn)系列化和產(chǎn)業(yè)化。國(guó)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(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)全斷面掘進(jìn)機(jī)的自主開(kāi)發(fā)，就要求對(duì)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(duì)全斷面掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)分析、功能仿真與實(shí)際

2、施工過(guò)程的虛擬實(shí)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(guò)程與重要工作部件的動(dòng)態(tài)機(jī)械性能，基于虛擬現(xiàn)實(shí)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(gè)方面的研究?jī)?nèi)容。
　　(1)分析了全斷面掘進(jìn)機(jī)上盤(pán)形滾刀的破巖機(jī)理與受力模型，針對(duì)EPBΦ6.28m全斷面掘進(jìn)機(jī)上的盤(pán)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(shí)的實(shí)際工況條件進(jìn)行了巖石壓痕試驗(yàn)與線性切槽試驗(yàn)的仿真分析，得出該盤(pán)形

3、滾刀工作時(shí)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(pán)形滾刀布局參數(shù)優(yōu)化程序并進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算。
　　(2)以沈陽(yáng)地鐵隧道工程中的實(shí)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(yàn)證有限元模型設(shè)置的準(zhǔn)確性，對(duì)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(duì)切削刀具切割砂土過(guò)程的影響。通過(guò)對(duì)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(shí)測(cè)磨損數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立了切削刀具的磨損預(yù)測(cè)模型。
　　(3)通過(guò)對(duì)全斷面掘進(jìn)機(jī)的注漿機(jī)理與注漿過(guò)程中的漿液擴(kuò)散模式的分析，針對(duì)實(shí)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(jì)算;針對(duì)全斷面掘進(jìn)機(jī)注漿系統(tǒng)工作過(guò)程進(jìn)行了流體動(dòng)力學(xué)的仿真分析，為實(shí)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(guò)流體動(dòng)力學(xué)仿真得到的漿液流動(dòng)數(shù)據(jù)，在虛擬場(chǎng)景中對(duì)注漿過(guò)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(duì)不同的工況進(jìn)行了有限元結(jié)構(gòu)分析;針對(duì)盾尾關(guān)鍵工作部件-管片安裝機(jī)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真分析，并對(duì)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(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)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