为满足盾构管片姿态微调需要,提高拼装精度及效率,提出基于3-SPS/1-S张拉整体并联机构设计管片拼装微调机构。给出总体方案及构型分析,机构仅有3个转角自由度,可实现管片横摇、俯仰及偏转动作。重点研究机构位置反解、正解及工作空间。运用RPY法推导旋转矩阵,得到位置反解表达式;给出位置正解的变步长搜索求解法;基于工作空间约束方程,分析体积求解方法。数值验证结果表明(1)位置反解易求且具有唯一性;(2)位置正解不唯一,共有29组解值;(3)给定球铰最大转动值为35°,工作空间体积为0.768rad3。该机构可满足管片姿态微调要求,具有一定指导意义。

针对盾构机管片拼装机回转动作由传统形式泵控和液动换向阀组合控制出现的微动调节不够精准问题,基于液压仿真软件AMESim搭建拼装机回转液压系统模型,通过设定实际工况参数,分别对液动换向阀和比例换向阀控制的回转液压系统进行模拟仿真分析。结果表明,通过比例换向阀控制回路的微动调速性能优于液动换向阀控制回路的微动调速性能,比例换向阀控制回路在盾构机管片拼装机回转系统中具有推广意义。

管片拼装机是盾构机的重要组成部分,一般采用液压驱动,其动态特性及控制性能直接决定盾构机的施工效率和安全。负载口独立控制是液压领域中一种新型控制技术,其基本原理在于液压控制回路中的进油口和出油口相互独立调节,增加控制自由度,提高系统的控制性能。分析了负载口独立控制双阀芯比例多路阀的结构及工作原理,总结了负载口独立控制系统的工作模式、特点与优势,试验验证了流量压力复合控制功能。测试了负载口独立控制在盾构机管片拼装机中的定位及微动控制性能,试验表明负载口独立控制液压系统满足管片拼装机的平稳和高精度控制施工要求。

盾构施工中,管片拼装机需要先完成一环的拼装,才能往前进行推进。目前管片拼装机工作效率较低,直接影响着掘进速度。为了提高管片拼装机的拼装效率,结合Hermite插值算法提出一种新的拼装轨迹规划方法,通过各动作始末两点进行Hermite插值,构造出五次多项式,通过加速度、功率等约束解出各具体解。选取用时最长的作为时间基准,重新构造其余五次多项式。在降低启动冲击的同时,将管片拼装机的拼装效率提升了近一倍。

隧道管片拼装机作为土压平衡盾构机施工的关键部件,其性能关系到管片的拼装效率。在地铁施工过程中,管片机在旋转过程中出现抖动现象,影响管片拼装的质量和施工进度。主要对管片拼装机液压马达旋转平衡块的设计和改进进行详细研究,以及液压半桥在平衡阀先导控制中的应用。通过理论分析解决施工过程中管片机的抖动现象,以达到理想的响应速度和运行平稳性。

依托国内超大直径隧道工程盾构需求的背景,对超大直径盾构管片拼装机的运动姿态和原理进行分析,设计了一种超大直径盾构管片拼装机液压系统和电控系统,对今后超大直径盾构管片拼装机的设计制造具有一定的指导意义。

根据盾构管片拼装机液压回转系统，建立管片拼装机液压回转系统的AMESim模型，进行不同参数下液压回转系统仿真分析。仿真分析结果表明：管片拼装回转速度与柱塞泵排量、比例阀开口度基本成正比．压力补偿器与比例阀的配合使用能够减小管片负载波动对回转速度稳定性的影响，管片拼装回转系统的调速性能良好，仿真结果能够为管片拼装液压系统的优化及实际操作提供理论依据。

阐述了拼装机液压系统的原理，利用AMEsim软件对盾构机管片拼装机系统中的周向回转液压系统进行建模和仿真，分析了其液压控制系统的动态特性，分析了系统流量与管片质量对拼装系统的影响，为评价拼装机液压系统优劣以及系统优化提供参考。

以管片拼装机液压马达回转系统为背景,对比例阀控液压马达系统进行数学建模,并利用S im u lin k 仿真软件对比例阀控液压马达回路进行P I D 控制的动态特性研究,以对管片拼装机比例阀控液压马达系统进行优化分析.仿真结果表明：当Kp= 2 0、K1 = 0. 01、KD = 0. 0 1 时,管片拼装机回转系统动态响应速度快,控制精度高,超调量小,能够满足管片拼装机功能要求,同时为管片拼装机比例阀控马达系统的优化提供理论依据.

盾构是一种专用于地下隧道开挖的技术密集型重大工程装备，管片拼装机是盾构的重要组成部分，它主要负责将管片安装到刚开挖好的隧道表面，形成衬砌，使隧道一次成型。要实现对管片拼装的准确定位，就必须采用电液比例控制技术。对实现管片拼装的6个自由度运动及一个抓持运动的液压控制系统进行了详细分析，包括管片拼装机纵向、径向及周向液压控制系统以及姿态液压控制系统和抓持液压控制系统，同时对液压控制系统的关键元器件液压泵和电液比例多路阀的选型进行了分析。现场管片拼装测试表明该液压控制系统是合理可靠的，能完成管片的拼装工作。同时该液压控制系统设计时综合考虑了整个管片拼装的运动过程，不但能实现完全自动控制，而且能准确定位，可为不同类型盾构管片拼装的液压驱动控制提供参考。