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某型TBM刀盘结构设计及有限元分析
| 论文题名： | 某型TBM刀盘结构设计及有限元分析 |
| 关键词： | 隧道掘进机;刀盘;结构设计;有限元分析 |
| 摘要： | 隧道掘进机简称TBM，它是一种融合了机械、电气、液压、电控、光学等高新技术的大型综合性隧道施工作业设备，在现代的隧道施工工程中占有不可替代的的位置，TBM具备以下优势:挖掘施工速度快、效率高，地质环保，工程总体效益好，应用在长大型隧道的施工开挖过程非常恰当。其主要核心部件为刀盘。刀盘的合理设计能够有效地提高作业效率并且能够增加机器的使用寿命。目前，国内的TBM正属于发展阶段，刀盘设计的可用资料也屈指可数，因此对刀盘的研究已经成为中国向“制造强国”发展的需要。 针对项目的工程地质情况设计TBM刀盘结构，并建立刀盘的实体模型，研究刀具布置问题。本次设计采用面板式分块结构，将刀盘分为5部分。由高强度螺栓连接然后再进行焊接完成装配，从而降低加工及运输的难度。刀盘包括前面板、后面板两个部分。刀盘中心连接有溜渣板，刀盘的后面板和法兰之间通过螺栓紧固连接。刀盘采用Q345加工制造;机加工时，刀座与刀盘一起加工而成，从而减少了刀座因焊接而产生的热变形。刀盘上还设置有耐磨板、喷水孔、人孔以及超前探测仪等装置。本文中通过CAD软件对TBM刀盘的布局构造进行描述绘图，经过Solidworks对刀盘建立简化版的模型;之后分析和计算刀盘上所安装的盘形滚刀的受力大小与方向，推导出了整个刀盘主体结构的受力情况。在前面设计建立的TBM刀盘模型基础上，通过ANSYS与SolidWorks之间的关联导入建立其有限元模型。为了了解TBM刀盘的结构在实际工作时结构的可靠性，基于刀盘的工作特点，采用ANSYS软件进行有限元分析，对合理简化后的刀盘模型进行静力分析;同时，利用静力分析结果对刀盘结构做出了适当的调整。模态分析在前一种分析后进行，目的是得到TBM刀盘的振型和频率，判断其失稳方式和发生共振的可能性。最后，为了进一步模拟刀盘的真实工作状态，检验其可靠性，将改进后的刀盘进行了热-结构耦合分析，以找到最佳的工作环境。并按照分析得到的结果做结构优化，反过来对刀盘结构进行进一步的改进。 本次分析与研究的结果可望能引起相关TBM研究人员的注意，所提出的结构改进方法对刀盘的设计和生产工作具有一定指导意义。 |
| 作者： | 宋天罡 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 黄松和 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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