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矩形共同沟用掘进装置的研究

发布时间:2018-10-13 14:59
【摘要】:矩形掘进装置是一种可以在城市中心、古建保护区等难以进行明挖施工的地区实现矩形断面共同沟暗挖施工的设备。随着各大城市建设共同沟的需求不断增加,对该种装置的研究十分迫切,且应用前景广阔。本论文对装置的整体结构、施工工艺、切削刀盘及其它关键零部件进行了研究,具体内容如下:对比分析了多种土压分析理论,选用更加合理的太沙基理论分析了掘进地层的土压力,并根据土压平衡原理对螺旋输土设备的相关参数进行了分析计算。计算得出了地层的竖向和侧向土压力,施工过程中刀盘和整机推进所需推力,螺旋输土设备的主要结构尺寸和性能参数,为装置的整体结构及其主要零部件的设计选型提供了理论依据。创新设计了一种带有可伸缩刀柄的辐条式双刀盘,对刀盘结构形式、刀具选型布置和刀盘驱动方式进行了设计。创新应用了履带底盘,实现了刀盘推进和装置推进的分开,并将传统盾壳底部的滑动推进改为滚动形式,有效降低了装置的推进阻力和装机功率。介绍了掘进与现浇衬砌同步施工法,并根据工艺要求设计了矩形盾壳、锁定机构和刀盘推进机构等。最后建立了掘进装置的整机三维模型,确定了装置的主要技术参数。通过运动学仿真分析得到了各刀具的切削轨迹线图,以及每把切刀和五棱锥刀具的切削速度曲线,为实际施工中刀具的选择和更换提供了理论依据。通过分析切刀和伸缩刀柄的切削机理,计算得到了刀盘工作所需要的切削力矩。对刀盘在不同切削深度下的受力进行了有限元分析,结果表明切削深度的变化对刀盘强度和刚度的影响较小,且其强度和刚度均满足要求。利用SolidWorks Simulation对装置上的关键受力零部件进行了包括静应力强度分析和有限元疲劳分析在内的可靠性分析评价。分析结果显示刀盘推进机构、刀盘驱动轴、锁定螺旋轴和盾壳连接座等关键零部件的设计强度、刚度以及疲劳寿命均满足施工要求,结构设计合理。
[Abstract]:The rectangular tunneling device is a kind of equipment which can realize the common trench excavation of rectangular section in the areas where it is difficult to carry out the open excavation construction in the city center and the ancient building protection area. With the increasing demand for the construction of common ditches in various cities, the research on this device is very urgent and has a broad application prospect. In this paper, the whole structure, construction technology, cutting cutter head and other key parts of the device are studied. The main contents are as follows: comparing and analyzing many kinds of soil pressure analysis theory, The earth pressure of the excavated strata is analyzed by using the more reasonable theory of Terzaghi, and the relevant parameters of the helical soil transport equipment are analyzed and calculated according to the principle of soil pressure balance. The vertical and lateral earth pressure of the formation, the thrust required by the cutter head and the whole machine during the construction process, the main structural dimensions and performance parameters of the helical soil conveying equipment are calculated. It provides a theoretical basis for the design and selection of the whole structure of the device and its main parts. In this paper, a new type of spoke type double cutter head with telescopic shank is designed, and the structure of cutter head, tool selection and arrangement and driving mode of cutter head are designed. The caterpillar chassis is innovatively applied to realize the separation of the cutter head propulsion and the device propulsion, and the sliding propulsion at the bottom of the traditional shield shell is changed to the rolling form, which effectively reduces the propulsion resistance and the installation power of the device. This paper introduces the synchronous construction method of tunneling and cast-in-place lining, and designs the rectangular shield shell, locking mechanism and propelling mechanism of cutter head according to the technological requirements. Finally, the three-dimensional model of the driving device is established, and the main technical parameters of the device are determined. Through the kinematic simulation analysis, the cutting path diagram of each tool and the cutting speed curve of each cutter and five-prism cutter are obtained, which provides a theoretical basis for the selection and replacement of cutting tools in actual construction. By analyzing the cutting mechanism of cutter and telescopic shank, the cutting torque needed for cutter head operation is calculated. The finite element analysis is carried out on the cutter head under different cutting depths. The results show that the change of cutting depth has little effect on the strength and stiffness of the cutter head, and its strength and stiffness meet the requirements. The reliability analysis and evaluation including static stress strength analysis and finite element fatigue analysis are carried out on the key parts of the device by using SolidWorks Simulation. The results show that the design strength, stiffness and fatigue life of the key parts, such as the propelling mechanism of the cutter head, the driving shaft of the cutter head, the locking helical shaft and the shield housing connecting seat, all meet the construction requirements, and the structure design is reasonable.
【学位授予单位】:东北石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU990.3;TU94

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