發(fā)布時(shí)間：2018-10-13 14:59

【摘要】：矩形掘進(jìn)裝置是一種可以在城市中心、古建保護(hù)區(qū)等難以進(jìn)行明挖施工的地區(qū)實(shí)現(xiàn)矩形斷面共同溝暗挖施工的設(shè)備。隨著各大城市建設(shè)共同溝的需求不斷增加,對(duì)該種裝置的研究十分迫切,且應(yīng)用前景廣闊。本論文對(duì)裝置的整體結(jié)構(gòu)、施工工藝、切削刀盤(pán)及其它關(guān)鍵零部件進(jìn)行了研究,具體內(nèi)容如下:對(duì)比分析了多種土壓分析理論,選用更加合理的太沙基理論分析了掘進(jìn)地層的土壓力,并根據(jù)土壓平衡原理對(duì)螺旋輸土設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算。計(jì)算得出了地層的豎向和側(cè)向土壓力,施工過(guò)程中刀盤(pán)和整機(jī)推進(jìn)所需推力,螺旋輸土設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)尺寸和性能參數(shù),為裝置的整體結(jié)構(gòu)及其主要零部件的設(shè)計(jì)選型提供了理論依據(jù)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種帶有可伸縮刀柄的輻條式雙刀盤(pán),對(duì)刀盤(pán)結(jié)構(gòu)形式、刀具選型布置和刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)。創(chuàng)新應(yīng)用了履帶底盤(pán),實(shí)現(xiàn)了刀盤(pán)推進(jìn)和裝置推進(jìn)的分開(kāi),并將傳統(tǒng)盾殼底部的滑動(dòng)推進(jìn)改為滾動(dòng)形式,有效降低了裝置的推進(jìn)阻力和裝機(jī)功率。介紹了掘進(jìn)與現(xiàn)澆襯砌同步施工法,并根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)了矩形盾殼、鎖定機(jī)構(gòu)和刀盤(pán)推進(jìn)機(jī)構(gòu)等。最后建立了掘進(jìn)裝置的整機(jī)三維模型,確定了裝置的主要技術(shù)參數(shù)。通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析得到了各刀具的切削軌跡線圖,以及每把切刀和五棱錐刀具的切削速度曲線,為實(shí)際施工中刀具的選擇和更換提供了理論依據(jù)。通過(guò)分析切刀和伸縮刀柄的切削機(jī)理,計(jì)算得到了刀盤(pán)工作所需要的切削力矩。對(duì)刀盤(pán)在不同切削深度下的受力進(jìn)行了有限元分析,結(jié)果表明切削深度的變化對(duì)刀盤(pán)強(qiáng)度和剛度的影響較小,且其強(qiáng)度和剛度均滿足要求。利用SolidWorks Simulation對(duì)裝置上的關(guān)鍵受力零部件進(jìn)行了包括靜應(yīng)力強(qiáng)度分析和有限元疲勞分析在內(nèi)的可靠性分析評(píng)價(jià)。分析結(jié)果顯示刀盤(pán)推進(jìn)機(jī)構(gòu)、刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)軸、鎖定螺旋軸和盾殼連接座等關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、剛度以及疲勞壽命均滿足施工要求,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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.
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU990.3;TU94

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本文編號(hào)：2269029