盾构掘进设备中的管片拼装机机构设计方法

在掘进隧道的施工方法中,盾构法是一种应用非常广泛的施工方法。本文结合国内近年来对盾构开发的迫切需要,在国家重点基础研究发展计划(973计划)的支持下,对盾构掘进设备中用于给盾构开挖后的隧道表面贴上管片的重要部件——管片拼装机进行了详细的分析。本文的研究主要包括以下三个方面: 1管片拼装机的构型与性能分析 为将管片更快更好的安装到指定位置,管片拼装机需要做空间的多维运动,管片拼装机的空间多维运动包括三个主运动:轴向平移运动,径向平移运动,周向回转运动,以及三个姿态调整运动:横摇,俯仰,偏转。根据运动形式,对构型的问题进行分析,确定了构型后,进行运动学分析,并验证运动学方程的准确性,最后根据管片拼装机的实际工作状况,结合并联机构的特点,设计一种带有球面二自由度并联机构的新型管片拼装机。 2管片拼装机的主要部件及驱动油缸的受力分析 管片拼装机作为一种大型设备,要平稳,安全的进行拼装作业,各个驱动油缸的设计至关重要。驱动油缸主要有俯仰油缸,偏转油缸,升降油缸,平移油缸。本文针对管片拼装机的转动平台,左右提升横梁,旋转盘体以及平移机构进行受力分析,研究各个驱动液压缸的受力变化情况。 3 CAD模型的建立及数值算例 利用三维建模软件建立盾构及管片拼装机的CAD模型,再利用该软件中的Mechanic模块,给管片拼装机的各个连接加上运动副,给各个油缸加上驱动,动画实现管片拼装机的工作过程。根据第二章得到的运动学方程,以及第三章计算得到的管片拼装机主要部件和驱动油缸受力方程,第四章得到的部件结构尺寸,给出具体数值算例,并通过数学软件,得到了管片拼装机抓取管片后的回转运动时以及姿态调整时,各个驱动油缸受力变化情况。 本文的研究为盾构掘进设备中的六自由度管片拼装机机构设计及驱动油缸的结构强度设计提供了依据。