自行走管道掘进机机械设计与研究

• 作 者: 张静
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2010年期

21世纪是人类开发利用地下空间的世纪。在地下空间的开发利用中,采用隧道掘进机进行快速施工成为总的发展趋势。目前应用最为普遍的盾构施工法及顶管施工法存在着一些不足和局限,如推进长度限制和转弯灵活性等。这些局限使得城市地下管网建设和地下空间开发受到很大地限制。因此,目前急需研究一种可自由穿行于城市地下土体、具备空间急曲线转弯、自行走功能的隧(管)道施工技术并研发相应的设备。　　
论文依托十一五国家科技支撑重点项目——“城市市政隧(管)道自行走式施工技术和装备研究”,对地下自行走管道掘进机进行了相关理论研究及机械系统设计。　　
(1)论文在对掘进机直线、曲线自行走的工作原理分析研究的基础上,进一步分析了掘进机进行长距离自驱动前行所需满足的条件,并进行了相应的力学分析计算。　　
(2)根据性能要求,对掘进机整体进行机构设计选型。并对掘进机整体机构构型中的并联调姿机构进行位姿分析,应用解析法建立调姿机构位置逆解模型与速度映射模型,得到动平台位姿与各驱动杆之间的位移及速度关系方程。　　
(3)论文利用ADAMS软件的仿真功能对并联调姿机构仿真分析。首先,并联调姿机构进行正、反运动学的仿真,得到并联机构位姿的正解及反解,得到了动平台位姿与各驱动杆之间的关系曲线。然后,对并联位姿调整机构进行动力学仿真,得到各运动副受力曲线。　　
(4)论文对掘进机进行机械结构设计包括掘进机推进系统设计、掘进机增阻系统设计以及掘进机整体结构装配三部分。推进系统设计包括掘进机推力计算、推进液压缸规格参数、液压缸选型以及布置方式等几个方面;增阻系统设计主要包括增阻系统的选择方案分析、增阻块设计与增阻块撑起系统设计;掘进机整体结构装配主要包括掘进机各节的机械设计、各节之间连接结构设计以及密封装置设计。　　
(5)对掘进机进行组装调试并进行现场试验,验证自行走功能是否能够实现。在试验中发现问题和缺陷,为后续样机的设计研制奠定基础。　　
本文对地下自行走管道掘进机从理论计算、仿真分析、机械结构设计到掘进机现场试验进行了研究与分析,对发展地下施工新技术的研究与应用具有重要意义。