拱架安装台车工作机构结构设计及仿真优化
发布时间：2021-03-31 10:54
伴随着中国基础建设规模的不断加大,隧道施工作业量迅速增长。现阶段隧道挖掘过程中为防止围岩滑落坍塌,主要采取钢制拱架作为初期支护的重要构件。拱架安装常以工作平台载运安装人员进行手动操作完成,其安全性差,工作效率低且工作强度高。再加之劳动力成本的增加,建设规模的扩大,隧道支护作业的机械化施工成为了必然发展趋势,因此对拱架安装设备工作机构的研制既是隧道机械化施工作业的迫切需要,也是亟需解决的实际工程应用问题。本文结合企业实际工程问题,针对所提出的研究方案主要开展了如下工作:（1）通过对现阶段国内外隧道拱架安装工艺、安装设备进行调研分析,并结合企业在实际作业中提出的改进建议确定了一种拱架安装台车工作机构的新型结构设计方案,改进优化了拱架安装台车工作机构的展开结构,确定了具体的设计参数。并根据设计参数进行了拱架安装台车工作机构具体零部件的结构设计及三维建模。（2）根据D-H方法推导了拱架安装台车工作机构的运动学方程,通过MATLAB求解方程明确了具体工作空间范围;并对工作机构整体进行了空间三维运动仿真,检验了整体运动是否产生干涉,同时得到了机构关键部位的运动学参数。（3）运用ADAMS软件对工作...
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
截止2018年底我国主要领域隧道建设进展情况
拱架安装台车工作机构结构设计及仿真优化2支撑，并与次要衬砌相结合。隧道的支护系统主要以围岩，初始支护和辅助衬砌为主，特殊条件下还包括高级支护。初始支撑包括：喷射混凝土，锚固和钢支撑或网格，其中钢支撑和网格可以直接承受松弛载荷，补充喷射混凝土的初始强度并与喷射混凝土整合以确保围岩的稳定性。山岭隧道是中国隧道工程建设的主要类型，钻爆法是目前最常见的作业方式。钻孔爆破后，围岩的稳定性会迅速降低，为确保施工作业的安全性，围岩经常使用钢制拱架进行初期支护。拱架安装设备的研发还仍待加强，以往，由于施工技术和装备相对落后，同时，由于人工成本较低，我国隧道施工中拱架安装作业主要以人工与装载机或平台配合的方式进行。此种方法明显存在施工人员多、劳动强度高、工作效率低、操作安全性差、安装质量不高等问题而亟需改善。近年来，高等级铁路建设步伐加快，对隧道施工的相关要求不断提高，加之相关规定的出台，如2014年出台的《隧道施工安全九条规定》就明确规定了人数限制。另一方面，引进国外拱架安装设备不仅存在经济成本高的问题，并且相关设备无法保证能够较好地适应我国隧道施工的环境及要求。图1.2人工施工方式Fig.1.2Manualconstruction因此，研发能够高效匹配我国隧道建设施工环境的专用拱架安装设备成为了当务之急。同时，进一步提高隧道施工效率，研究分析相关设备的工作特性，寻找更加合理的结构设计，提升现有拱架安装设备的安全可靠性能，以提升隧道施工整体机械化水平，实现我国隧道施工的全面机械化，保证施工的高效率和施工人员的安全，具有极其重要的意义。
西华大学硕士学位论文31.2课题来源本研究课题来源于课题组与四川蓝海智能装备制造有限公司针对隧道施工拱架安装设备研发开展的横向合作项目（校级项目编号192025）。企业针对国内实际隧道施工环境及要求，提出了新型遂装产品的研究方案，为有效提高产品的适用范围，工作能力及控制精度，特开展本课题相关研究。1.3拱架安装台车研究现状及发展1.3.1国外研究现状欧美、日本等发达国家自20世纪中叶起，通过开展大规模基础设施建设而逐步扩大工程机械需求，加之人力成本相对较高，从而促使了上述国家对工程机械的研发和实际运用。目前，隧道施工方面，国外已经基本实现全过程机械化作业。在开挖、挂网、架拱等基础工序中，研发了针对不同工序的高效率、高专业化程度的专用设备。随着基建发展，国外机械化设计水平逐步提高，在隧道施工研究运用方面，隧道施工的作业方法和专用设备研究均获得重大突破。拱架安装设备已大量投入至隧道施工作业中。20世纪90年代以来，欧洲、日本等发达国家已掌握了隧道拱安装工程设备的设计制造技术，并随着技术的进步，产品不断优化迭代。同时，伴随着电控技术的发展，相关的控制理论及技术也逐步应用至拱架安装设备中，使得相关产品在机械化和自动化方面得到了进一步的提升。图1.3Himec9915BA拱架安装台车图1.4NormLifter2500A型拱架安装台车Fig.1.3Himec9915BAtrolleyFig.1.4NormLifter2500Atrolley国外相关产品在发展过程中逐步出现了结构功能细化，在底盘移动方式上，履带式和轮胎式成为主要的底盘移动方式。工作机构也细化为单臂式、多臂式和工程机械改装
本文编号：3111313
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
截止2018年底我国主要领域隧道建设进展情况
拱架安装台车工作机构结构设计及仿真优化2支撑，并与次要衬砌相结合。隧道的支护系统主要以围岩，初始支护和辅助衬砌为主，特殊条件下还包括高级支护。初始支撑包括：喷射混凝土，锚固和钢支撑或网格，其中钢支撑和网格可以直接承受松弛载荷，补充喷射混凝土的初始强度并与喷射混凝土整合以确保围岩的稳定性。山岭隧道是中国隧道工程建设的主要类型，钻爆法是目前最常见的作业方式。钻孔爆破后，围岩的稳定性会迅速降低，为确保施工作业的安全性，围岩经常使用钢制拱架进行初期支护。拱架安装设备的研发还仍待加强，以往，由于施工技术和装备相对落后，同时，由于人工成本较低，我国隧道施工中拱架安装作业主要以人工与装载机或平台配合的方式进行。此种方法明显存在施工人员多、劳动强度高、工作效率低、操作安全性差、安装质量不高等问题而亟需改善。近年来，高等级铁路建设步伐加快，对隧道施工的相关要求不断提高，加之相关规定的出台，如2014年出台的《隧道施工安全九条规定》就明确规定了人数限制。另一方面，引进国外拱架安装设备不仅存在经济成本高的问题，并且相关设备无法保证能够较好地适应我国隧道施工的环境及要求。图1.2人工施工方式Fig.1.2Manualconstruction因此，研发能够高效匹配我国隧道建设施工环境的专用拱架安装设备成为了当务之急。同时，进一步提高隧道施工效率，研究分析相关设备的工作特性，寻找更加合理的结构设计，提升现有拱架安装设备的安全可靠性能，以提升隧道施工整体机械化水平，实现我国隧道施工的全面机械化，保证施工的高效率和施工人员的安全，具有极其重要的意义。
西华大学硕士学位论文31.2课题来源本研究课题来源于课题组与四川蓝海智能装备制造有限公司针对隧道施工拱架安装设备研发开展的横向合作项目（校级项目编号192025）。企业针对国内实际隧道施工环境及要求，提出了新型遂装产品的研究方案，为有效提高产品的适用范围，工作能力及控制精度，特开展本课题相关研究。1.3拱架安装台车研究现状及发展1.3.1国外研究现状欧美、日本等发达国家自20世纪中叶起，通过开展大规模基础设施建设而逐步扩大工程机械需求，加之人力成本相对较高，从而促使了上述国家对工程机械的研发和实际运用。目前，隧道施工方面，国外已经基本实现全过程机械化作业。在开挖、挂网、架拱等基础工序中，研发了针对不同工序的高效率、高专业化程度的专用设备。随着基建发展，国外机械化设计水平逐步提高，在隧道施工研究运用方面，隧道施工的作业方法和专用设备研究均获得重大突破。拱架安装设备已大量投入至隧道施工作业中。20世纪90年代以来，欧洲、日本等发达国家已掌握了隧道拱安装工程设备的设计制造技术，并随着技术的进步，产品不断优化迭代。同时，伴随着电控技术的发展，相关的控制理论及技术也逐步应用至拱架安装设备中，使得相关产品在机械化和自动化方面得到了进一步的提升。图1.3Himec9915BA拱架安装台车图1.4NormLifter2500A型拱架安装台车Fig.1.3Himec9915BAtrolleyFig.1.4NormLifter2500Atrolley国外相关产品在发展过程中逐步出现了结构功能细化，在底盘移动方式上，履带式和轮胎式成为主要的底盘移动方式。工作机构也细化为单臂式、多臂式和工程机械改装
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