盾构机是现代地铁施工中常用的大型隧道掘进装备,集成了刀盘切削、推进控制、管片拼装、螺旋输送等功能。随着国内地下城市空间建设的快速发展,盾构机的市场需求越来越大。在提高盾构机的生产制造水平的同时,一些关键性的技术还需要进一步的研究突破。本文针对盾构机推进系统的发展要求,结合目前各研究方法的发展现状,对盾构机推进系统的机构建模求解方法、液压系统的关键控制技术等进行了研究。主要研究内容包括:1、根据盾构机推进系统的机构特性,构建推进系统等效机构模型,对盾构推进机构进行了运动学分析。采用简化等效模型法,构建了盾构机推进系统简化模型,将n-SPS的盾构并联推进系统简化为4-SPS的等效并联推进机构,并构建了其运动学模型。根据建立的等效机构运动学模型,采用神经网络-牛顿混合算法求解盾构掘进位姿。结果表明,盾构机推进系统等效模型的建立可以大大简化运动学建模复杂度,而且利用混合算法求解运动学正解的求解精度更高,可以提高盾构机掘进位姿控制精度,从而提高掘进隧洞质量。2、根据盾构液压推进系统组成原理,利用Modelica建模语言建立液压元器件库,包括液压缸、液压泵和比例调速阀等,根据液压元器件库组建液压推进系统并对仿真模型进行了验证分析。根据盾构机液压推进系统的功能需要及研究现状分析,对液压系统的控制系统进行设计研究,并基于以上设计完成了液压推进控制系统的整体模型搭建。3、根据构建的盾构液压系统控制模型,对PID控制器和模糊PID控制器进行了速度控制和位移跟踪控制研究,结果表明模糊PID控制器具有更好的控制性能和适应性。并利用模糊PID控制器对分区液压缸进行了协调控制研究,分析研究可知结合模糊PID控制器的主从同步控制策略可以很好解决盾构直线推进时的分区液压缸位移同步控制问题,从而可以提高掘进位姿的精度,使施工隧道质量得到提高。本文研究对盾构机的设计研发具有一定的参考价值。