TBM刀盘法兰螺栓群紧固特性及结构改进设计

发布时间：2021-11-23 05:42

　　全断面隧道掘进机（TBM）是采用滚刀滚动破碎岩石来挖掘隧道的特大型高端工程设备,其制造能力是衡量某个国家装备制造业发展水平的标杆。刀盘系统是TBM的核心部分,在掘进过程中起着破碎岩石,支撑掌子面的作用,一旦出现问题,将会导致延长工期,甚至报废整个隧道。刀盘的法兰为其提供输入扭矩,是该系统中的重要组成部分,其螺栓连接的可靠性对整个设备的掘进效率具有重要影响。然而目前企业对于该处螺栓的频繁断裂问题并没有好的办法,只能采用停工更换的方式,严重影响了施工效率。针对螺栓的频繁断裂问题,并没有学者对此做出详细、具体的研究工作。因此,本文围绕法兰螺栓断裂问题对刀盘载荷的传递、螺栓连接结构及螺栓预紧力的加载工艺等问题展开了一系列的研究工作。本文的具体内容如下：（1）首先,综合考虑了刀盘结构的复杂性,通过现有的比较成熟的计算公式得出刀盘在掘进过程中所受外载,并以此作为输入条件进行仿真,得到了刀盘法兰处的轴向载荷及扭矩。采用工程实测的方式对仿真结果的准确性加以验证,得到的结果表明法兰处载荷仅为设计标准的十分之一,法兰处载荷并非螺栓断裂的主要因素。（2）其次,以理论计算辅以仿真分析的方式得到了标准螺纹牙连接... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景与工程意义
    1.2 国内外研究现状
        1.1.1 TBM刀盘载荷传递研究现状
        1.1.2 螺栓连接结构研究现状
        1.1.3 疲劳失效理论研究现状
    1.3 本文研究内容
2 刀盘—法兰结构载荷传递分析
    2.1 载荷传递路径的基本结构
    2.2 刀盘受载分析
        2.2.1 刀盘承受的轴向阻力
        2.2.2 滚刀切削岩石时的地层抗力扭矩
        2.2.3 刀盘侧面与岩石之间的摩阻力扭矩
    2.3 载荷传递的有限元分析
        2.3.1 三维几何模型简化
        2.3.2 边界条件的设置
        2.3.3 网格的划分
        2.3.4 仿真结果分析
    2.4 吉林引水工程实际数据测量与验证
        2.4.1 现场测量工作介绍
        2.4.2 测量工作的前期准备
        2.4.3 现场实测过程及测量结果分析
        2.4.4 测量结果与载荷传递仿真的对比
    2.5 本章小结
3 螺栓连接结构的载荷分布分析
    3.1 螺栓连接结构中的载荷分布
        3.1.1 螺栓杆及螺母本体的弹性变形
        3.1.2 螺纹牙的弹性变形
        3.1.3 螺栓连接中的轴向载荷分布
    3.2 标准螺纹连接中载荷分布的有限元分析
        3.2.1 轴对称模型的建立
        3.2.2 网格划分
        3.2.3 接触设置
        3.2.4 载荷及约束设置
        3.2.5 结果分析
    3.3 标准螺纹疲劳试验
        3.3.1 实验样件
        3.3.2 实验夹具
        3.3.3 实验设备
        3.3.4 实验参数
        3.3.5 结果分析
    3.4 本章小结
4 螺栓连接结构改进
    4.1 等强度螺栓的结构改进
        4.1.1 锥度螺纹
        4.1.2 锥度内螺纹与普通外螺纹配合
        4.1.3 等强度螺栓联接结构中的载荷分布
    4.2 锥度螺纹螺栓的有限元分析
        4.2.1 轴对称模型建立
        4.2.2 网格划分
        4.2.3 接触设置
        4.2.4 载荷及约束设置
    4.3 计算结果对比及分析
    4.4 本章小结
5 拧紧工艺对螺栓预紧力影响的实验研究
    5.1 拧紧方法及目标螺栓预紧力值
        5.1.1 两种拧紧方式介绍
        5.1.2 阶段性螺栓预紧力目标值
    5.2 实验样件
    5.3 预紧力测量装置
    5.4 实验结果
        5.4.1 星形拧紧工艺的实验结果
        5.4.2 分块拧紧工艺的实验结果
    5.5 本章小结
结论
参考文献
附录A 滚刀安装参数
致谢



本文编号：3513245