盾构机管片拼装机

目录

1绪论 (1)

1.1引言 (1)

1.2研究背景 (1)

1.2.1盾构机的发展历史 (1)

1.2.2我国盾构机的发展现状和发展前景 (2)

1.3盾构技术的工作原理及其特点 (3)

1.3.1盾构机的掘进 (3)

1.3.2掘进中控制排土量与排土速度 (3)

1.3.3盾构机的组成及各部分在施工中的作用 (3)

2管片拼装机的结构分析 (7)

2.1管片拼装机的整体结构 (7)

2.2回转系统的结构分析 (7)

2.3提升系统的结构分析 (8)

2.4平移系统的结构分析 (9)

2.5管片夹取装置 (9)

2.6液压回路 (9)

2.7管片拼装机加工和装配要求 (9)

3管片拼装机的三维建模 (11)

3.1 UG的简介 (11)

3.2 UG建模的过程 (13)

3.2.1建模准备工作 (13)

3.2.2 建模过程 (13)

3.3使用UG软件完成对重要部件小齿轮的三维建模 (14)

3.4完成对管片拼装机回转系统和提升系统的装配 (16)

3.4.1 回转系统的装配关系 (17)

3.4.2 提升系统的装配关系 (17)

3.4.3 完成对提升液压缸的装配过程 (18)

4对重要部件小齿轮的有限元分析 (20)

4.1对有限元法的介绍 (20)

4.2简述齿轮机构的重要性及分析方法 (21)

4.3齿轮材料的选择 (21)

4.3.1齿轮的工作条件及可能的失效形式 (21)

4.3.2 齿轮类零件的选材依据 (22)

4.4静力学分析过程与步骤 (24)

4.5简述对重要部件小齿轮的ANSYS静力学分析过程 (25)

4.5.1选择小齿轮为重要部件的理由 (25)

4.5.2对相关数据的查找和计算 (25)

4.5.3用ANSYS软件对小齿轮的分析过程 (26)

4.6用ANSYS软件对重要部件小齿轮的模态分析 (34)

4.6.1模态分析简介 (34)

4.6.2对重要部件小齿轮进行模态分析步骤 (35)

5结论与展望 (40)

5.1本文研究工作与结论 (40)

5.2研究展望 (40)

致谢 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献 . (41)

附录A

附录B

1绪论

1.1引言

近年来,我国开展大规模的城市市政工程建设,尤其是几个重要城市都已开始了地下铁路的建设工程。在这些地下工程中,由于受到施工场地、道路交通等城市环境因素的限制,使得传统的施工方法难以普遍适用。在这种情况下,对城市正常机能影响很小的隧道施工方法--盾构施工法普遍得到了人们的关注,并且一些地区已经有了较为广泛的使用。

1.2研究背景

1.2.1盾构机的发展历史

盾构机是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、土碴排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成形的机械。

盾构作为一种安全、快速的隧道掘进机械，经历了四个发展阶段：一是以Brunel盾构为代表的手掘式盾构；二是以机械式、气压式、网格式盾构为代表的第二代盾构；三是以闭胸式盾构为代表(泥水式、土压式)的第三代盾构；四是以大直径、大推力、大扭矩、高智能化、多样化为特色的第四代盾构。

目前，最常见的是第三代盾构--土压平衡盾构和泥水加压式盾构。土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、推进油缸、同步注浆系统等组成。士压平衡盾构无泥水处理设备，施工速度较高，比泥水盾构价格低，能获得较小的沉降量，也可实现自动控制和远距离遥控操作，由于开挖面得到安全的支护，因此现在的泥浆盾构和土压平衡盾构，甚至可以在困难的水文、地质条件下广泛应用。

泥水加压式盾构(slurry pressure balance shield )，简称SPB盾构，是在机械式盾构的前部设置隔板，与刀盘之间形成泥水仓,开挖面的稳定是将泥浆送入泥水仓内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。

1.2.2我国盾构机的发展现状和发展前景

盾构机全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，问世至今已有近百年的历史，经过不断改进和发展，成为目前世界最先进的地下隧道掘进机。其集机、电、液、传感、信息技术于一身，可在不影响地面状况的条件下作业，与传统施工方式相比大大提高了施工的效率、安全性，降低了成本，因而受到世界各国的青睐，广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。在我国，盾构机在北京、广州、上海等10多个城市地铁和穿江越洋隧道施工领域发挥着巨大的效用。但是由于盾构制造工艺复杂，技术附加值高，盾构制造工艺为德国、法国、日本等少数国家所垄断，且价格高昂，在我国盾构市场上国外盾构机的占有率曾经高达95％以上。目前，在国家产业政策的大力支持下，由我国盾构机企业自主创新的国产盾构机已经成功打破国外的垄断地位，并在技术、质量等方面紧紧追赶世界。尽管由于历史的原因，国产盾构机在总体实力上与国外顶尖水平还有不小的差距，但是，在我国巨大隧道市场空间的带动下，国产盾构机的质量已经越来越好，与世界的差距也会越来越小。

我国大约有85％的盾构掘进机依赖进口，欧洲和日本等公司的地铁盾构机在中国的盾构掘进机市场上占主导地位。其中，占据欧洲大半市场份额的海瑞克、以产量1670台居世界首位的三菱重工、以及拥有多个品牌的德国维尔特的表现最为抢眼，光德国的海瑞克就占据国内盾构机市场的70％以上。除了外资品牌，国内除隧道股份还有二重、上重、大重、沈重和首钢等企业，独立进行盾构机的生产或与德国海瑞克、维尔特、美国罗宾斯等外资合资、合作生产。为尽快改变这种被动局面，国家制定出台了重点扶持振兴盾构机国产化的相关政策，盾构机国产化终于开始“起跑”。随着国内市场需求量的增大，一些外资品牌纷纷进入我国，我国的盾构机有了少量生产。随着国内盾构机投资的不断增大和国际企业的进入，根据目前在建产能和计划投资情况，预计2010年我国盾构机的产量为50台左右。

盾构机是装备制造业的标志性产品，也是当今世界上最先进的隧道掘进超大型专用设备。在中国日益重视开发利用地下空间的今天，具有十分广阔的市场前景。2010-2015年期间，中国规划建设的城市快速轨道交通项目总长度达1700公里，5000多亿元投资将聚集在这一领域。南水北调、西气东输等重大工程正在大量引入盾构机，盾构机施工和制造正在成为一个巨大的市场。至2010年，全国大约需要500台左右的盾构机。按照国际市场每台盾构机400-600万美元的价格计算，这一领域的潜在市场高达150亿-225亿元。因此，加速发展我国隧道掘进机的研发及产业化势在必行。目前，中铁隧道集团