【摘 要】
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本文密切结合我国自主研发全断面硬岩掘进装备的迫切需求,研究开敞式全断面隧道掘进机（TBM）支撑-推进-换步机构的拓扑结构特性、静力学/静刚度建模方法及正向设计方法,旨在为该类机构的理论设计及工程应用提供重要的技术基础。全文主要研究内容如下:在拓扑结构及运动学研究方面,分析确定了支撑-推进-换步机构的自由度数目及类型。提出了复杂地质条件下满足掘进作业需求的机构拓扑结构设计准则。建立了反映刀盘位姿与各
【基金项目】
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国家重点基础研究计划,国家高技术研究发展计划项目
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本文密切结合我国自主研发全断面硬岩掘进装备的迫切需求,研究开敞式全断面隧道掘进机（TBM）支撑-推进-换步机构的拓扑结构特性、静力学/静刚度建模方法及正向设计方法,旨在为该类机构的理论设计及工程应用提供重要的技术基础。全文主要研究内容如下:在拓扑结构及运动学研究方面,分析确定了支撑-推进-换步机构的自由度数目及类型。提出了复杂地质条件下满足掘进作业需求的机构拓扑结构设计准则。建立了反映刀盘位姿与各油缸杆长及姿态间映射关系的位置逆解模型,以及刀盘微小位移与各支链变形间的映射关系,为后续机构的静力学、静刚度建模与分析奠定了数学基础。在静力学分析研究方面,针对机构含内闭环约束的特点,通过构造刀盘-主梁-鞍架组合体的驱动/约束力旋量、并求解鞍架和支撑油缸的闭环约束方程等手段,建立了支撑-推进-换步机构的静力学模型。该模型格式简洁,物理意义清晰,即可根据掘进载荷计算各油缸的推力,也可通过实测各油缸推力反演掘进载荷,进而为这类机构的驱动器设计和顺应性控制提供重要的理论依据。在静刚度建模研究方面,提出了综合考虑复杂物理边条（围岩）、机械系统刚度及液压系统刚度的支撑-推进-换步机构静刚度建模方法。借助...
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