隧道掘進(jìn)裝備鉸接與管片拼裝機構(gòu)設(shè)計研究.pdf

1、大型隧道掘進(jìn)裝備可分為用于硬巖地質(zhì)施工的全斷面巖石掘進(jìn)機和用于軟土地質(zhì)施工的盾構(gòu)機。近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)社會和城市化進(jìn)程的飛速發(fā)展,隧道掘進(jìn)機,特別是盾構(gòu)機被廣泛應(yīng)用于各種交通及市政工程,且需求逐步加大。本文結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)對隧道掘進(jìn)機發(fā)展的迫切要求,在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)的支持下,對隧道掘進(jìn)機中的兩個重要部件——用于曲線掘進(jìn)及方向糾偏的鉸接裝置和給開挖后的隧道表面貼上管片的管片拼裝機進(jìn)行了進(jìn)行研究,取得以下成果:1.滿足

2、大曲率彎道掘進(jìn)的鉸接裝置的構(gòu)型設(shè)計對隧道掘進(jìn)機中現(xiàn)有的主、被動鉸接裝置進(jìn)行研究,總結(jié)各自的工作特點及優(yōu)缺點,通過對隧道施工過程中的切削、位姿調(diào)整和大曲率彎道掘進(jìn)運動特征的分析,建立任務(wù)特征表達(dá)和動作分解模型;分析機構(gòu)構(gòu)型對裝備靈活性的影響,根據(jù)大曲率彎道掘進(jìn)特征、過約束多自由度機構(gòu)的復(fù)合運動特性,提出了一種基于6-(2-SPS)R并聯(lián)構(gòu)型的隧道掘進(jìn)機鉸接裝置的設(shè)計方案。2.鉸接裝置新構(gòu)型的運動分析與承載計算采用并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)、動力學(xué)分析

3、方法,研究大載荷約束下機構(gòu)運動傳遞與力傳遞規(guī)律,揭示驅(qū)動力與外載荷的耦合作用關(guān)系,得出各支鏈驅(qū)動單元載荷分配規(guī)律及計算方法,為掘進(jìn)裝備的系統(tǒng)剛度、結(jié)構(gòu)強度和可靠性設(shè)計提供理論依據(jù)。3.六自由度管片拼裝機構(gòu)型設(shè)計研究管片拼裝過程的運動特征,根據(jù)其自由度要求,采用集合論等數(shù)學(xué)工具,推出多種機構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并綜合整機的復(fù)合運動特性和機構(gòu)的實用性,設(shè)計出一種基于“一移二轉(zhuǎn)”或“一移三轉(zhuǎn)”并聯(lián)構(gòu)型的管片拼裝機構(gòu)。4.管片拼裝機的運動分析與承載計算本

4、文著重分析了兩種管片拼裝機的運動和動力特性,分別為基于3-RPS并聯(lián)構(gòu)型和基于1-PS&3-SPS并聯(lián)構(gòu)型的管片拼裝新機構(gòu),研究兩種構(gòu)型設(shè)計方案下機構(gòu)的運動傳遞與力傳遞規(guī)律,通過計算若干性能指標(biāo),將新機構(gòu)與原機構(gòu)進(jìn)行比較,分析各自的優(yōu)缺點,為機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計做準(zhǔn)備。5. CAD模型的建立及數(shù)值算例利用三維建模軟件Pro/E建立隧道掘進(jìn)機鉸接裝置和管片拼裝機的CAD模型,將文件導(dǎo)入多剛體系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件ADAMS,給機構(gòu)的各個連接加上運動副