异形盾构以其切削断面利用率高、能更好地符合施工要求、有效提高作业效率、减少施工成本等优点而成为近年来盾构技术发展的主要方向之一.该文通过将传统机构学中的五杆机构与现代盾构技术相结合研究实现柔性传动输出(即伺服控制输出)运动的异形盾构五杆切削机构.主要内容和研究成果如下:1、五杆机构的奇异性分析 奇异性是机构系统的固有特性,通过对五杆机构奇异性条件进行数学推导和分析,为五杆机构在盾构切削刀盘的结构设计上避免出现奇异位形建立理论依据.2、五杆机构的可动性分析 通过对平面两自由度五杆环路的可动性进行分析,得到五杆环路的可动性条件和平面两自由度五杆环路两个连架杆成为曲柄的充分必要几何尺寸条件.这对五杆机构在异形盾构结构上的实现至关重要.3、混合驱动平面两自由度五杆机构的运动学和动力学分析 该文提出盾构五杆切削机构适合混合驱动的概念,利用杆组法对五杆机构的正向和逆向运动学进行分析,建立运动学模型,以获得输出运动与输入运动的位置、速度以及加速度之间的关系.并进行了运动学的计算机.仿真在运动学分析的基础上,进行动力学分析,建立动力学模型,以获得输入运动与输出运动之间的力矩及功率的关系.并对五杆机构解耦及其动力学进行了分析.4、异形盾构五杆切削机构三种轨迹方程(即位置方程)的建立 文中按照平面五杆机构存在曲柄的杆长条件对五杆机构的类型进行了分析,然后分析了五杆机构的工作空间范围,在此基础上建立了异形盾构五杆切削机构矩形、椭圆形以及拱形(上弓形+下矩形)三种断面形状的位置方程.以上四点都为五杆机构在异形盾构切削机构上的实现打下了扎实的理论基础,为实际盾构设计提供了理论依据.5、异形盾构五杆切削机构的结构布置及其控制策略 文中对盾构刀盘工作点的结构布置形式、五杆机构与混合驱动装置的结构处理以及异形盾构五杆切削机构的整体结构设计进行了创新性的研究,首次提出四种驱动结构(主电机—伺服电机、主电机—伺服马达、主驱动马达—伺服电机、主驱动马达—伺服马达)的设计方案,并主要对不同驱动机构的控制系统进行了动态稳定性分析.6、基于朗肯理论,针对土压平衡式圆形盾构进行了土力学分析和计算机仿真计算,为异形盾构五杆切削机构建立土力学模型和受力情况分析提供参考.