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基于数字化样机技术的泥水盾构管片拼装机仿真研究
| 论文题名： | 基于数字化样机技术的泥水盾构管片拼装机仿真研究 |
| 关键词： | 管片拼装机;数字化样机;隧道建设;泥水盾构;仿真分析 |
| 摘要： | 隧道是现代工程建设的一个重要部分，隧道建设使用的主要设备是全断面掘进机。管片拼装机是全断面掘进机中的重要部件之一，是一种高效率、高精度、高智能的拼装设备，是后配套设备中的一个关键子系统。它的主要任务是在隧道掘进过程中，将预制好的钢筋混凝土管片拼装成隧道衬砌，来支撑和保护已经开挖过的隧道，防止隧道塌陷。管片拼装机的结构性能和动态特性影响着管片拼装机的寿命、工作稳定性以及管片的拼装精度。我国在盾构机的研发方面缺乏核心技术，生产的管片拼装机性能较差，与日本、美国、德国等发达国家相比有很大的差距。近年来，随着盾构机国产化的进行，我国在管片安装机的研发技术上取得了一些成果。 数字化样机技术是建立在计算机技术基础上的一项重要技术，计算机技术的迅速发展使数字化样机技术快速成熟起来。数字化样机技术能够帮助工程师解决许多传统方法不能解决的复杂问题，尤其是大型机械工作性能的分析预测和试验验证。利用数字化样机技术可以节省大量时间和成本，所以它被广泛地应用于各个领域。 本文以(φ)11.18m泥水平衡式全断面掘进机的管片拼装机为研究对象，利用数字化样机技术对管片拼装机进行仿真分析。分析了管片拼装机的结构和工作原理，并在此基础上利用PRO/E三维建模软件建立了管片拼装机主要零部件的数字化模型，进行了模型的装配和干涉检验，完成了拼装机的数字样机开发。然后通过接口数据转换将模型从PRO/E导入ADAMS中，进行刚体动力学仿真，得到平移驱动力、旋转驱动力矩、提升驱动力以及提升油缸尾端和拼装头末端的载荷变化曲线;通过对0°、90°和180°三个极限贴片角度下的仿真，得到了拼装头末端的最大载荷。将载荷作为边界条件，对拼装头进行有限元分析，得到三种工况下拼装头的应力和变形，由此对拼装头进行结构分析，为结构优化提供参考。最后基于ANSYS和ADAMS，建立管片拼装机的刚柔耦合模型，分别将拼装头和拼装机大梁替换为柔性体，进行动力学仿真分析，研究拼装头和大梁的柔性变形对拼装头末端运动参数的影响，以及拼装机的平移和旋转运动对大梁变形的影响;分析了不同贴片周期和贴片角度下拼装头的动态特性，得到的分析结果可为拼装机的工步规划提供参考。 |
| 作者： | 王超 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 巩亚东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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