隧道掘進裝備鉸接與管片拼裝機構設計研究.pdf

1、大型隧道掘進裝備可分為用于硬巖地質施工的全斷面巖石掘進機和用于軟土地質施工的盾構機。近年來,隨著我國經濟社會和城市化進程的飛速發(fā)展,隧道掘進機,特別是盾構機被廣泛應用于各種交通及市政工程,且需求逐步加大。本文結合當前國內對隧道掘進機發(fā)展的迫切要求,在國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)的支持下,對隧道掘進機中的兩個重要部件——用于曲線掘進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行了進行研究,取得以下成果:1.滿足

2、大曲率彎道掘進的鉸接裝置的構型設計對隧道掘進機中現有的主、被動鉸接裝置進行研究,總結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、位姿調整和大曲率彎道掘進運動特征的分析,建立任務特征表達和動作分解模型;分析機構構型對裝備靈活性的影響,根據大曲率彎道掘進特征、過約束多自由度機構的復合運動特性,提出了一種基于6-(2-SPS)R并聯構型的隧道掘進機鉸接裝置的設計方案。2.鉸接裝置新構型的運動分析與承載計算采用并聯機構運動學、動力學分析

3、方法,研究大載荷約束下機構運動傳遞與力傳遞規(guī)律,揭示驅動力與外載荷的耦合作用關系,得出各支鏈驅動單元載荷分配規(guī)律及計算方法,為掘進裝備的系統(tǒng)剛度、結構強度和可靠性設計提供理論依據。3.六自由度管片拼裝機構型設計研究管片拼裝過程的運動特征,根據其自由度要求,采用集合論等數學工具,推出多種機構拓撲結構,并綜合整機的復合運動特性和機構的實用性,設計出一種基于“一移二轉”或“一移三轉”并聯構型的管片拼裝機構。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并聯構型和基于1-PS&3-SPS并聯構型的管片拼裝新機構,研究兩種構型設計方案下機構的運動傳遞與力傳遞規(guī)律,通過計算若干性能指標,將新機構與原機構進行比較,分析各自的優(yōu)缺點,為機構優(yōu)化設計做準備。5. CAD模型的建立及數值算例利用三維建模軟件Pro/E建立隧道掘進機鉸接裝置和管片拼裝機的CAD模型,將文件導入多剛體系統(tǒng)動力學仿真軟件ADAMS,給機構的各個連接加上運動副