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土压平衡顶管掘进机刀盘传动系统结构设计及优化
| 论文题名： | 土压平衡顶管掘进机刀盘传动系统结构设计及优化 |
| 关键词： | 土压平衡顶管掘进机;刀盘传动系统;结构设计;参数优化 |
| 摘要： | 土压平衡顶管掘进机是当今非开挖技术顶管施工中一个非常重要的机械设备，可以适应地下土质复杂的工况，对地表的土层沉降影响小，因此被广泛应用。现如今大多数顶管掘进机的刀盘传动系统是由多个电机对传动主轴进行驱动，但会造成顶管掘进机内空间狭小，地下环境复杂的情况下不利于设备的故障排查。针对这一问题，本文设计了一种使用单电动机驱动的刀盘传动系统，整个系统的布局方式呈直线轴向式，可显著节约顶管掘进机内部空间。 刀盘传动系统采用直线轴向的布局方式，确定顶管掘进机刀盘传动系统的传动方案，对顶管掘进机整体的顶推力、尺寸以及基本工作参数进行了计算，根据计算结果，对刀盘传动系统的驱动电机以及减速器进行设备选型。 单电机驱动使得在联轴器处直接受到电动机输出的高转速，容易导致联轴器发生损坏，本文设计一种可以承受高转速的新型高功率密度凸缘联轴器。对传动系统的关键部件传动主轴以及新型高功率密度凸缘联轴器进行了结构设计，并且分别对传动主轴和联轴器进行强度校核。 使用有限元分析软件对顶管掘进机刀盘传动系统的关键部件分别进行有限元分析。根据静力学分析结果，确定了部件的薄弱部位，为进一步的优化做好准备;根据提取出的模态分析结果，验证传动主轴和联轴器的转动频率是否会达到自身的固有频率。同时，计算出减速器内各齿轮的转动频率，与驱动电机和相关传动部件的转动频率作对比，避免部件之间在设备运转过程中产生共振现象。 根据有限元分析结果，针对传动部件易发生变形和应力集中部位进行结构优化。通过改变传动主轴的轴径，并对其做圆角处理，对比优化前后的变形量以及应力的变化;通过改变联轴器上曲键的厚度以及矩形花键的半径，获得不同结构尺寸下的静力学分析结果，从而选取最优的结构尺寸。经过优化过后的传动主轴和联轴器变形量及应力值都有所降低。 |
| 作者： | 周志伟 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 朱增宝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 安徽理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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