论文部分内容阅读
用于岩石地层开挖的全断面岩石掘进机(FullFaceRockTunnelBoringMachine,简称TBM)是国家基础设施建设、资源开发和国防工程建设所急需的重大技术装备,被大量地应用于地铁、公路与铁路遂道及下水道等国家市政设施的建设中。因此,研究其基础科学问题对实现TBM设计与制造技术创新有重要的意义,这充分体现了我国装备制造业地发展需求及其国家发展的战略性目标。推进机构属掘进装备关键组成部分,需要承受掘进装备工作于恶劣环境下的重载荷、大突变载荷及强烈振动载荷。由于机构存大较大的柔性变形,使得其实际到达位姿与理论位姿间的可能产生较大的位姿误差,而该误差将对TBM作业精度造成不良影响。对其误差分析与仿真的目的就是通过分析与研究,找出误差的组成、分布规律与主要影响因素,为其机构设计打下理论基础,进而提高其在实际施工时的作业精度。本文拟研究TBM推进机构误差分布规律,揭示其机构结构参数、制造与运动误差对其位姿误差的影响规律。所研究的对象是TBM推进机构,该机构带有冗余的24根液压支链,共分为6组构成4×6-SPS型并联机构,相临两组之间的支链成楔形排列,同组液压缸间的液压油可自由流通,相互协调。该推进机构具有刚度大,控制精度高,适应恶劣环境能力强等特点。本文运用机器人机构学理论及机构运动微分关系,建立了以给定推机构结构参数、运动参数及其误差为基本变量的推进机构位姿误差参数化分析模型。并利用该参数化模型,导出了推进机构位姿误差和机构结构尺度、运动参数、机构结构参数误差,以及机构运动参数误差之间的相互关系,探讨各个参数及其误差对位姿误差的影响,揭示了其间的关系规律,找出了关键影响因子。文中还运用有限元分析软件对液压缸刚度和变形进行了分析,并与导出推的理论计算公式进行了比较,验证了用液压弹簧代替液压油的合理性与可行性,为机构分析模型的简化带来了便利条件。本文建立的TBM推进机构机构位姿误差模型,刻划了其与多方面尺度参数与误差参数之关系,通过对推进机构误差实例计算分析,该模型较为客观全面地反映了影响误差的主要因素。基于该分析模型,对现有推进机构进行改进设计,可望提高现有推进机构的推进工作能力。