隧道掘進(jìn)裝備鉸接與管片拼裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jī)和用于軟土地質(zhì)施工的盾構(gòu)機(jī)。近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和城市化進(jìn)程的飛速發(fā)展,隧道掘進(jìn)機(jī),特別是盾構(gòu)機(jī)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(guó)內(nèi)對(duì)隧道掘進(jìn)機(jī)發(fā)展的迫切要求,在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)的支持下,對(duì)隧道掘進(jìn)機(jī)中的兩個(gè)重要部件——用于曲線掘進(jìn)及方向糾偏的鉸接裝置和給開(kāi)挖后的隧道表面貼上管片的管片拼裝機(jī)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(jì)對(duì)隧道掘進(jìn)機(jī)中現(xiàn)有的主、被動(dòng)鉸接裝置進(jìn)行研究,總結(jié)各自的工作特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn),通過(guò)對(duì)隧道施工過(guò)程中的切削、位姿調(diào)整和大曲率彎道掘進(jìn)運(yùn)動(dòng)特征的分析,建立任務(wù)特征表達(dá)和動(dòng)作分解模型;分析機(jī)構(gòu)構(gòu)型對(duì)裝備靈活性的影響,根據(jù)大曲率彎道掘進(jìn)特征、過(guò)約束多自由度機(jī)構(gòu)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)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(jī)鉸接裝置的設(shè)計(jì)方案。2.鉸接裝置新構(gòu)型的運(yùn)動(dòng)分析與承載計(jì)算采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析

3、方法,研究大載荷約束下機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞與力傳遞規(guī)律,揭示驅(qū)動(dòng)力與外載荷的耦合作用關(guān)系,得出各支鏈驅(qū)動(dòng)單元載荷分配規(guī)律及計(jì)算方法,為掘進(jìn)裝備的系統(tǒng)剛度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。3.六自由度管片拼裝機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)研究管片拼裝過(guò)程的運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并綜合整機(jī)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)特性和機(jī)構(gòu)的實(shí)用性,設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)。4.管片拼裝機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析與承載計(jì)算本

4、文著重分析了兩種管片拼裝機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)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(jī)構(gòu),研究?jī)煞N構(gòu)型設(shè)計(jì)方案下機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)傳遞與力傳遞規(guī)律,通過(guò)計(jì)算若干性能指標(biāo),將新機(jī)構(gòu)與原機(jī)構(gòu)進(jìn)行比較,分析各自的優(yōu)缺點(diǎn),為機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)鉸接裝置和管片拼裝機(jī)的CAD模型,將文件導(dǎo)入多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS,給機(jī)構(gòu)的各個(gè)連接加上運(yùn)動(dòng)副