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全断面硬岩隧道掘进机数字化样机开发
| 论文题名： | 全断面硬岩隧道掘进机数字化样机开发 |
| 关键词： | 全断面掘进机;数字样机;破岩机理;有限元分析;运动学仿真 |
| 摘要： | 产品设计开发的传统流程为方案设计、图纸设计、制造实物样机、实物样机测试到产品上市投产。传统设计流程存在设计周期长，制造实物样机及多次进行实物样机修改带来的高额成本费用的问题。这些问题的存在无法满足现代市场对于产品设计企业对质量、效率和成本的要求。数字样机技术的出现给传统产品设计方法带来一次革命。数字样机技术是通过计算机对产品整机的所有零部件进行建模，并通过虚拟装配后，对整机进行运动学和动力学的仿真分析，根据分析结果对数字化样机进行修改，使得产品最终满足用户要求的一种设计方法，数字化设计可以在设计阶段发现潜在问题和不足，通过对模型进行修改使产品设计趋于完善，这就避免了传统设计中对实物样机的依赖，降低了多次修改设计方案的成本，缩短开发周期，使企业更具有市场竞争优势。 全断面掘进机简称TBM，是指在常压情况下全断面开挖隧道的掘进机，根据地质条件的不同，采用相应的掘进机，通过计算机精确控制，在地下封闭环境内向前掘进，同时在尾部拼装能够承受巨大压力的相互咬合的管片，一次性完成隧道的掘进。全断面掘进机的机械化程度高，施工速度快，施工安全，质量高，使用范围广，对地面建筑影响小等优点，已经广泛应用于地铁、铁路隧道、引水工程、城市排水系统等大型工程。 全断面掘进机作为一种结构复杂的高自动化产品，其设计对于运动性能、动力性能以及机械结构性方面有严格要求。为保证设计质量，缩短设计周期，降低设计成本，要应用数字样机技术对掘进机进行设计。本文以Φ5.75m全断面硬岩隧道掘进机为研究对象，建立其三维模型，并在三维模型的基础上对整机进行运动学仿真，分析刀具的破岩机理与刀盘受力，根据分析结果对刀盘滚刀布置进行优化，进而对关键零部件进行有限元分析，就分析的结果评估全断面掘进机的结构性能、运动及动力学性能、为设计提供保证，也为掘进机的设计优化提供依据。 本文采用数字样机技术有效地实现了掘进机的建模与仿真，这种方法不仅适用于掘进机的设计开发，还可以推广到其它一些复杂机械系统的研究、设计和开发中去，因此本文的研究方法及结论具有重要的实用价值。 |
| 作者： | 姚强 |
| 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： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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