盾构机论文：盾构机 强度 模态

【英文关键词】shield construction       Strength       modal

盾构机论文：盾构用单斗液压挖掘装置强度与模态分析

【中文摘要】盾构是用于修建地铁等进行地下挖掘工作的机器。传统盾构机采用刀盘进行挖掘，并且挖掘条件地质环境恶劣，刀盘上的刀具容易磨损，而且刀具数量众多，因此传统盾构机的刀盘造价非常昂贵。为了达到既能进行隧道挖掘，又可以降低刀盘制造费用的，提出了针对盾构机进行改造设计的方案。本文主要研究内容如下：1.参考相关文献设计挖掘装置各部件尺寸参数，并对各部件进行静力学分析计算，计算出各部件在相对应工况下的受力大小为以后的静态强度分析做铺垫。根据本项目提出的挖掘效率，计算出挖掘装置能够提供的最大挖掘阻力值。2.通过UG软件完成对盾构机挖掘装置各部件三维造型的创建，将建立完毕的模型通过机械装配到一起。并设计铰接处轴承。在UG环境下确定挖掘装置姿态进而确定其计算工况。3.将UG中建立的各部件的实体造型引进至ANSYS界面下。由于分析过程主要针对部件整体分析，因此在引进实体模型的过程中去掉了在各部件之间起连接作用的零件。4.建立有限元模型。对引进的实体模型进行单元类别，材料参数的设置，然后对模型进行网格绘制，然后对模型施加载荷和约束条件，完成有限元模型的建立。选定分析类别，最后输出结果。5.分别对挖掘装置各部件进行约束模态建模，包括单元类别的选择，网格的绘制和施加约束条件。最后选择分析类别为模态，输出结果。

【英文摘要】Shield construction machine is used in the tunneling construction tools, In aforeign country shield construction machine research started early, and our countryrelative shield construction machine started later, and abroad in monopoly status inthis technology. At present, our country besides domestic independent research anddevelopment, and some competitive with foreign company for cooperation, such asGermany, the United States of Robbins and other large companies have established acooperative relationship.As the traditional shield construction machine adopt cutter for mining, andmining conditions of geological environment is bad, and on the knife dish of cuttingtools easy to wear, and the number of cutting tools is numerous, so the traditionalshield construction machine of the knife dish cost is very expensive. In order toachieve both tunneling and also can reduce the knife dish the purpose ofmanufacturing cost, the paper put forward a design scheme for the shield constructionmachine reconstruction, and the traditional shield construction machine of the knifedish by a single bucket hydraulic excavator working device instead of cutter to reachthe purpose of reform. So in this paper in the design procedure of the variouscomponents and some design parameters reference the design process of a singlehydraulic excavator working device, and according to the project complete the finaldesign of the various components by the project to determine the range of excavation.Determine the design parameters of various components, in the UG software tocomplete a three-dimensional modeling of the structure of the mining device, aftermechanical assembly, the various components assembled together to complete theoverall modeling work on mining installations. And then the model structure hingejoint add spin pair, the oil cylinder position place add mobile vice, according to thekinematics simulation and its mining UG scope mining conditions. The NorthernHeavy industry project of efficiency and requirements calculate the maximumexcavated resistance value. After the operating conditions, the relative position of themining device for each working condition, the statics analysis calculated under thecondition of all parts of the force.During design procedure of mechanical structure, strength analysis must beconsidered one of the links, because through the strength analysis of the results candisplay the size and distribution of the stress of the structure, and improvement of thestructure, etc. This paper is aimed at each under the condition of the working parts ofthe static strength analysis, including the unit type of certain, material parametersSettings, grid unit size and division and imposed the statics calculated from thecorresponding operation under the load size, add the actual situation between the partsof the constraint relation, complete the every condition of all parts of the finite element model, and finally output under the condition of the various components ofthe corresponding stress and displacement deformation figure. The results of thisfigure can learn all the parts in the stress value of the working conditions.Modal analysis is the analysis of structure dynamic characteristics of a modernmethod, through this method can study the vibration of the structure within a certainfrequency range, and according to the results of modal analysis in advance can predictthe dynamic performance of structure and some problems before we get the lastproduct, and in the light of the problems that may proposes the solution methods. Dueto shield construction machine in the actual mining process, the working parts in acontinuous vibration circumstances, so the need for digging device to modal analysis.This article mainly aims at the structure parts by constraint mode analysis for the arm,dipper stick, bucket and pedestal modal model, including unit types of certain, thedetermination of grid units size and grid partition, add the constraint relation betweenactual parts to simulate the real effect, and finally put forward the results.

【目录】盾构用单斗液压挖掘装置强度与模态分析提要4-9第1章 绪论9-171.1 盾构研究现状9-151.1.1 盾构综述9-101.1.2 国内外盾构研究现状10-131.1.3 盾构挖掘装置综述13-151.2 论文研究的内容及意义15-171.2.1 论文研究的内容15-161.2.2 论文研究内容的意义16-17第2章 挖掘装置轴套确定及受力工况分析17-432.1 挖掘装置应用在盾构上的特殊情况172.2 盾构单斗液压挖掘装置结构组成17-182.3 部件连接处轴的校核18-262.3.1 各部件连接点处受力情况19-262.3.1.1 铲斗与连杆连接处受力情况19-202.3.1.2 铲斗与斗杆连接点处受力情况202.3.1.3 连杆与摇杆连接点处受力情况20-212.3.1.4 斗杆与连杆连接点处受力情况21-222.3.1.5 斗杆与铲斗油缸连接点处受力情况222.3.1.6 斗杆与斗杆油缸连接点处受力情况22-232.3.1.7 斗杆与动臂连接点处受力情况23-242.3.1.8 动臂与斗杆油缸连接点处受力情况24-252.3.1.9 动臂与支座连接点处受力情况252.3.1.10 动臂与支座油缸连接点处受力情况25-262.4 轴的校核26-272.5 轴套的确定272.6 盾构单斗液压挖掘装置挖掘阻力分析27-302.6.1 铲斗油缸挖掘阻力算法28-292.6.2 斗杆油缸挖掘阻力算法29-302.7 盾构挖掘装置各部件受力分析30-382.7.1 铲斗及连杆受力分析30-332.7.2 斗杆与相邻构件受力分析33-362.7.3 动臂及动臂相关构件受力分析36-382.8 盾构单斗液压挖掘装置工况选择38-412.8.1 工况一38-392.8.2 工况二392.8.3 工况三39-402.8.4 工况四402.8.5 工况五40-412.8.6 工况六412.9 本章小结41-43第3章 盾构用挖掘装置强度分析43-593.1 强度分析的判断依据43-443.2 挖掘装置各部件有限元模型的创建44-483.2.1 挖掘装置油缸模拟463.2.2 挖掘装置铰连接模拟463.2.3 挖掘装置材料的设置46-473.2.4 施加载荷和约束条件473.2.5 单元种类选择和绘制网格473.2.6 挖掘装置有限元模型47-483.3 各工况下强度分析结果48-573.3.1 工况一下强度分析结果48-503.3.2 工况二下强度分析结果50-513.3.3 工况三下强度分析结果51-533.3.4 工况四下强度分析结果53-543.3.5 工况五下强度分析结果54-563.3.6 工况六下强度分析结果56-573.3.7 结论与改进途径573.4 本章小结57-59第4章 盾构单斗液压挖掘装置模态分析59-674.1 模态分析基础理论59-604.2 各部件模态分析60-6.2.1 动臂模态分析60-614.2.2 斗杆模态分析61-634.2.3 铲斗模态分析63-4.2.4 支座模态分析-6.3 本章小结66-67第5章 结论与展望67-695.1 结论675.2 展望67-69参考文献69-72摘要72-73ABSTRACT73-74致谢75