基于蒙特卡罗法的硬岩掘进机辅助清渣装置工作空间分析

贾良飞; 马朝锋; 刘凯

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2020.04.011

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基于蒙特卡罗法的硬岩掘进机辅助清渣装置工作空间分析

设计计算 | 更新时间：2022-10-20

- 基于蒙特卡罗法的硬岩掘进机辅助清渣装置工作空间分析
- Workspace Analysis of Auxiliary Slag Cleaning Device of TBM based on Monte Carlo Method
- 机械传动 2020年44卷第4期页码：74-79
- 作者机构：
  
  1.西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西西安 710048
- 作者简介：
  
  贾良飞（1994— ），男，贵州贵阳人，硕士研究生，主要从事机械结构设计研究。
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2020.04.011
  中图分类号：
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贾良飞,马朝锋,刘凯.基于蒙特卡罗法的硬岩掘进机辅助清渣装置工作空间分析[J].机械传动,2020,44(04):74-79.

Jia Liangfei Ma Chaofeng Liu Kai.Workspace Analysis of Auxiliary Slag Cleaning Device of TBM based on Monte Carlo Method[J].Journal of Mechanical Transmission,2020,44(04):74-79.
贾良飞,马朝锋,刘凯.基于蒙特卡罗法的硬岩掘进机辅助清渣装置工作空间分析[J].机械传动,2020,44(04):74-79. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.04.011.

Jia Liangfei Ma Chaofeng Liu Kai.Workspace Analysis of Auxiliary Slag Cleaning Device of TBM based on Monte Carlo Method[J].Journal of Mechanical Transmission,2020,44(04):74-79. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.04.011.

摘要

针对目前硬岩掘进施工遇到的岩爆问题，设计了一套用于替代目前人工清渣、能较好地在狭窄工作空间内进行较大范围工作的6自由度自动挖掘设备。具体设计为在传统挖掘机械的基础上增加了两段伸缩臂结构以及回转臂结构，通过对机械臂进行运动学建模设置各杆长及各关节变量。该设计克服了可操作空间狭小和对前期支撑隧道的支护工字钢的保护问题，扩展了在狭窄空间中传统挖掘装备的工作空间。文中阐述了挖掘设备整体结构以及运动学建模过程，利用蒙特卡罗法在随机数应用中的特点对此设备的工作空间进行了仿真，同时对其关节参数进行了反解求证，得出的结果符合预期关节可操作范围。该清渣装置较高地提升了清理岩爆带来的石渣的工作效率，可减少硬岩隧道掘进的施工成本。

Abstract

Aiming at the current rock burst problems encountered in hard rock excavation construction，a set of six-degree-of-freedom automatic excavation equipment which can replace the current artificial slag and can work well in a narrow working space is designed.The specific design is on the basis of the traditional excavating machine，two telescopic arm structures and a swing arm structure are added，and each rod length and each joint variable are set by kinematically modeling the mechanical arm.The design overcomes the problem of the small amount of operable space and the protection of the supporting I-beam for the pre-supported tunnel，and expands the working space of the conventional excavation equipment in a narrow space.The overall structure of the excavation equipment and the kinematics modeling process are expounded.By using the characteristics of Monte Carlo method in random number application，the workspace of this device is simulated.At the same time，the joint parameters are reversed and verified.The results are in line with the expected joint operating range.The slag cleaning device can improve the working efficiency of cleaning the gravel caused by rock burst，and can reduce the construction cost of the hard rock tunneling.

关键词

岩爆狭窄工作空间 6自由度蒙特卡罗法运动学建模反解

Keywords

Rock burstNarrow work spaceSix degrees of freedomMonte Carlo methodKinematics modelingInverse solution

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