【摘要】：矩形掘進裝置是一種可以在城市中心、古建保護區(qū)等難以進行明挖施工的地區(qū)實現(xiàn)矩形斷面共同溝暗挖施工的設備。隨著各大城市建設共同溝的需求不斷增加,對該種裝置的研究十分迫切,且應用前景廣闊。本論文對裝置的整體結構、施工工藝、切削刀盤及其它關鍵零部件進行了研究,具體內容如下:對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地層的土壓力,并根據(jù)土壓平衡原理對螺旋輸土設備的相關參數(shù)進行了分析計算。計算得出了地層的豎向和側向土壓力,施工過程中刀盤和整機推進所需推力,螺旋輸土設備的主要結構尺寸和性能參數(shù),為裝置的整體結構及其主要零部件的設計選型提供了理論依據(jù)。創(chuàng)新設計了一種帶有可伸縮刀柄的輻條式雙刀盤,對刀盤結構形式、刀具選型布置和刀盤驅動方式進行了設計。創(chuàng)新應用了履帶底盤,實現(xiàn)了刀盤推進和裝置推進的分開,并將傳統(tǒng)盾殼底部的滑動推進改為滾動形式,有效降低了裝置的推進阻力和裝機功率。介紹了掘進與現(xiàn)澆襯砌同步施工法,并根據(jù)工藝要求設計了矩形盾殼、鎖定機構和刀盤推進機構等。最后建立了掘進裝置的整機三維模型,確定了裝置的主要技術參數(shù)。通過運動學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,為實際施工中刀具的選擇和更換提供了理論依據(jù)。通過分析切刀和伸縮刀柄的切削機理,計算得到了刀盤工作所需要的切削力矩。對刀盤在不同切削深度下的受力進行了有限元分析,結果表明切削深度的變化對刀盤強度和剛度的影響較小,且其強度和剛度均滿足要求。利用SolidWorks Simulation對裝置上的關鍵受力零部件進行了包括靜應力強度分析和有限元疲勞分析在內的可靠性分析評價。分析結果顯示刀盤推進機構、刀盤驅動軸、鎖定螺旋軸和盾殼連接座等關鍵零部件的設計強度、剛度以及疲勞壽命均滿足施工要求,結構設計合理。
[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.
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU990.3;TU94

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