新型全自动管片拼装机系统动力特性仿真与研究

论文摘要

随着现代地下工程、水利工程以及矿山开采等的建设需要,盾构技术发展成为现代最先进的隧道施工技术。相比其他的挖掘方法,它具有开挖快、安全、经济、降低劳动强度和环保等优点。而管片拼装机又是盾构机后配套设备的关键部分。目前我国对其关键技术掌握的很少,还需要与国外一些制造商合作,关键部件都需要从国外进口,价格昂贵,因此盾构机集成技术国产化的意义重大,势在必行。本文以新型全自动六自由度管片拼装机为研究对象,在对其进行了初步的结构分析和理论计算的基础上,应用Solidworks软件建立了该管片拼装机的虚拟模型,再通过ADAMS软件的接口,将虚拟样机输入其中,对管片拼装机动力学特性进行了仿真,重点对管片的拼装速度进行了详细仿真,结果表明管片抓取回缩阶段提升油缸应采用较慢的速度和较小的启动加速度,最大冲击载荷发生在管片拼装旋转至90度位置处,拼装机的旋转速度应保持在1rad/min以下,为现场施工提供了安全有效的数据。然后将仿真计算的结果作为关键部件有限元分析的边界条件,基于ANSYS对提升油缸和管片桥进行强度、刚度分析,并对油缸进行模态分析,确定其自振频率和相应振型,从而控制相应激振力的频率,避免该振型下的共振,为机械结构设计提供了进一步的依据。最后进行了管片拼装机现场测试,测试出拼装机的性能参数,提升油缸不同伸缩速度、启动加速度、周向旋转速度下最大载荷值。现场测试所得数据与虚拟仿真所得数据基本相符,验证了应用该虚拟仿真方法对管片拼装机进行分析和设计的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究背景和意义
• 1.2 盾构技术及发展现状
• 1.3 国内外管片拼装机的研究现状
• 1.4 本文的研究思路和主要工作内容
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 工作内容
• 第2章 全自动管片拼装机结构分析与理论计算
• 2.1 全自动管片拼装机结构分析
• 2.1.1 管片拼装机的工作环境
• 2.1.2 全自动管片拼装机的设计要求
• 2.2 全自动管片拼装机理论计算
• 2.2.1 提升油缸的零部件理论计算
• 2.2.2 管片桥的理论计算
• 2.3 本章小结
• 第3章 全自动管片拼装机实体模型的建立
• 3.1 SolidWorks 软件建模功能简介
• 3.2 各部分的建模
• 3.3 管片拼装机整机的装配与检查
• 3.4 本章小结
• 第4章 全自动管片拼装机系统动力特性仿真分析
• 4.1 ADAMS 软件的基本介绍
• 4.2 全自动管片拼装机动力学仿真模型
• 4.2.1 模型简化及方案
• 4.2.2 全自动管片拼装机动力学模型
• 4.2.3 管片拼装机虚拟样机的建立
• 4.3 管片拼装机虚拟仿真及结果分析
• 4.3.1 工况划分
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 输出载荷文件
• 4.5 本章小结
• 第5章 全自动管片拼装机系统关键部件有限元分析
• 5.1 有限元分析软件ANSYS
• 5.2 提升油缸活塞杆的结构静力学分析
• 5.2.1 三维实体有限元模型的建立
• 5.2.2 分析结果
• 5.3 提升油缸活塞杆的模态分析
• 5.4 管片桥的三维有限元模型及分析结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 现场测试
• 6.1 测试内容
• 6.2 测试设备
• 6.3 测试具体过程
• 6.4 测试结果
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文