连续墙铣削装置机理与控制研究

论文摘要

地下连续墙可直接用于承重、防渗水、挡土和载水等,由于其特有的结构优势,在国内外得到了较快的发展。铣削式连续墙施工机械以其对地层适应范围广、施工效率高、成槽精度高、环境污染小和人机界面友好等特点在国外发展迅速,我国目前尚无自主研发的此类产品,这方面研究也甚少。本文在全面调研国内外连续墙成槽技术、综合对比分析国外连续墙铣削装置的基础上,确定方案并用SolidWorks软件建立了连续墙铣削装置的三维模型,对楔形刀具铣削鼓与点式冲击刀具铣削鼓进行了三维布置,并从连续墙成槽的全断面铣削、铣削岩土的高效性与铣削鼓受力的均匀性角度对布刀依据作了分析。本文从一般性的角度分析了连续墙铣削刀具的破岩过程,并分别对楔形刀具、点式冲击刀具及牙轮刀具切削岩土成槽的过程进行了理论分析,建立了数学模型。基于ABAQUS软件分别对楔形刀头和点式冲击刀头铣削岩土的过程做了三维动态接触非线性有限元分析,得出了在该工况下铣削刀具可铣削岩土的强度,绘制了铣削过程对刀具产生的反作用力和反作用扭矩曲线。对9种铣削转速工况分别进行了点式冲击刀具铣削岩土过程的有限元分析,从破岩强度、铣削扭矩和铣削正压力三方面考虑,找出了点式冲击刀具铣削鼓铣削该工况下岩土的最佳铣削转速。本文从X-X轴纠偏、Y-Y轴纠偏、Z轴摆转纠偏三个方面,对连续墙铣削装置纠偏系统的实现方式进行了分析。用20-sim软件对连续墙铣削装置纠偏系统进行了机电液一体化仿真,以纠偏角度的变化描述了纠偏系统控制的过程,得出了纠偏油缸的受力曲线、液压系统的压力与流量的变化曲线以及控制系统的实现方法和控制参数。最后对连续墙铣削装置纠偏系统进行了液压原理设计和控制流程设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 概述
• 1.1 国内外地下连续墙的现状及发展情况
• 1.1.1 地下连续墙的应用
• 1.1.2 地下连续墙的优点
• 1.1.3 连续墙的发展情况
• 1.2 铣削式连续墙施工机械的现状及发展情况
• 1.2.1 连续墙施工机械性能对比
• 1.2.2 铣削式连续墙施工机械的特性和优点
• 1.2.3 铣削式连续墙施工机械的发展情况
• 1.3 连续墙铣削装置工作机理与对比分析
• 1.3.1 铣削式连续墙施工机械施工工艺顺序
• 1.3.2 连续墙铣削装置工作机理
• 1.3.3 连续墙铣削装置对比分析
• 1.4 课题研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 连续墙铣削装置方案确定与铣削鼓布置
• 2.1 连续墙铣削装置方案确定
• 2.1.1 连续墙铣削装置实体建模
• 2.1.2 连续墙铣削装置铣削动力单元
• 2.1.3 砂石泵
• 2.2 铣削鼓布置
• 2.2.1 楔形刀具铣削鼓布置
• 2.2.2 点式冲击刀具铣削鼓布置
• 2.3 本章小结
• 第三章 连续墙铣削装置铣削机理理论分析
• 3.1 连续墙铣削装置铣削刀具破岩过程分析
• 3.2 连续墙铣削装置楔形刀具破岩分析
• 3.3 连续墙铣削装置点式冲击刀具破岩分析
• 3.4 连续墙铣削装置牙轮刀具破岩分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 连续墙铣削装置铣削岩土有限元分析
• 4.1 有限元分析准备
• 4.1.1 ABAQUS 软件概述
• 4.1.2 扩展的Drucker-Prager 模型
• 4.1.3 任意拉格朗日-欧拉描述法
• 4.1.4 连续墙铣削装置铣削岩土切屑分离准则
• 4.2 楔形刀具铣削鼓铣削岩土有限元分析
• 4.2.1 模型简化
• 4.2.2 材料属性
• 4.2.3 定义接触
• 4.2.4 定义边界条件
• 4.2.5 划分网格
• 4.2.6 设定分析步
• 4.2.7 分析结果
• 4.3 点式冲击刀具铣削岩土有限元分析
• 4.3.1 模型简化
• 4.3.2 材料属性
• 4.3.3 定义接触
• 4.3.4 定义边界条件
• 4.3.5 划分网格
• 4.3.6 设定分析步
• 4.3.7 分析结果
• 4.4 不同转速下点式冲击刀具铣削岩土有限元分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 连续墙铣削装置纠偏控制系统研究
• 5.1 连续墙铣削装置纠偏控制系统分析
• 5.1.1 X-X 轴纠偏
• 5.1.2 Y -Y 轴纠偏
• 5.1.3 Z 轴摆转纠偏
• 5.2 连续墙铣削装置纠偏控制系统仿真
• 5.2.1 20-Sim 软件概述
• 5.2.2 连续墙铣削装置纠偏控制系统机电液一体化仿真
• 5.3 连续墙铣削装置纠偏系统设计
• 5.3.1 连续墙铣削装置纠偏液压系统设计
• 5.3.2 连续墙铣削装置纠偏控制系统设计
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 发表文章及专利目录
• 致谢
• 详细摘要