毕业设计（论文）-泥浆式地下管廊盾构机管片拼装机设计

泥浆式地下管廊盾构机管片拼装机设计THEDESIGNOFTHESEGMENTERECTORINTHEUNDERGROUNDUTILITY-TUNNELINGSHIELDMACHINE年级:学号:姓名:专业: 指导老师:年月第IV页院系专业年级姓名题目泥浆式地下管廊盾构机管片拼装机设计指导教师评语指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩委员会主任(签章)年月日任务书班级学生姓名学号发题日期：年月日完成日期：年月日题目泥浆式地下管廊盾构机管片拼装机设计1、本设计的目的、意义通过本次设计，使学生了解工程机械设计方法和熟悉设计过程，掌握设计中应注意的细节，学会查询、收集和运用设计资料，学会在设计中综合运用所学知识提高设计质量和水平。盾构凭借其安全、高效、对环境影响小和抗干扰能力强等优势，在隧道以及地下工程施工领域得到越来越广泛的应用。在盾构机中通常配置有管片拼装机，其主要功能是将预制好的管片拼装成环状，形成永久衬砌。管片拼装机工作装置包括平移机构和举升装置部分，承担着将管片举升、纵移和回转实现六自由度的重要功能，因此有必要对盾构管片拼装机的工作装置进行设计研究。学生应完成的任务（1）概述盾构机基本组成，着重描述管片拼装机系统部分；（2）国内外对管片拼装机构成、工作原理和研究现状；（3）针对泥浆式地下管廊盾构中的管片拼装机的平移机构、举升装置、微调机构等进行方案设计和参数计算；（4）进行管片拼装机的结构设计、计算；（5）建立泥浆式地下管廊拼装机三维模型，并绘制工程图；（6）结论；（7）参考文献；（8）附件（实习报告，翻译）。应交出的图纸及文件：设计图纸，折合2.0张0号图纸（计算机绘图）设计计算说明书15000字3、设计各部分内容及时间分配：（共16周）第一部分 查询文献资料、阅读和理解资料；(3周)第二部分 泥浆式地下管廊盾构机管片拼装机方案设计、主要参数计算；(2周)第三部分 泥浆式地下管廊盾构机管片拼装机结构设计，并三维建模； (5周)第四部分 零件设计图及总体装配图等相关图纸的绘制； (3周)第五部分 编写设计计算说明书；(2周)评阅及答辩 设计图纸检查修改及答辩 (1周)备注指导教师： 年月日审批人： 年月日摘要全套图纸加V信153893706或扣3346389411盾构机是一种集机械、电气、液压、传感等技术于一体的复杂工程机械，其具有开挖土体、逐级推进、渣土或泥浆运输、拼装预制管片与激光测量导向的功能。因其便利性与安全性，被广泛应用于地铁、铁路、水利与市政等工程的建设中。管片拼装机是盾构机的核心部件之一，其主要功能是在盾构机向前掘进一环后，将预制的混凝土管片按照预定的要求拼装成环，形成衬砌，以此对隧道的开挖表面进行支护。本文结合地下综合管廊的应用背景，对泥浆式地下管廊盾构机管片拼装机进行研究与新产品设计。通过分析管片拼装机的系统组成、工作特点及其功能影响因素，对比国内外管片拼装机设计，根据盾构机直径小，管片自由度要求高等工况特点，最终提出了六自由度环式管片拼装机的设计方案。在环式拼装机方案的基础上，进一步对主要机构进行了详细设计。完成了驱动马达的选型，一级齿轮传动设计，以及各个机构驱动油缸的选型。并对结构件也进行了结构分析、选型与设计。在对管片拼装机整机设计的基础上，利用三维建模软件SolidWorks对整机进行三维建模，得到了整机及各个零部件的详细尺寸。并选择了承重关键的转角链接件，利用仿真分析软件ANSYSWorkbench对其进行有限元分析，得到了仿真分析的应力云图。为真实工况下的零件受力情况提供参考，并对优化设计提供了依据。关键词：盾构管片拼装机机械结构设计Soliworks三维建模AbstractShieldmachineknownasTBM(TunnelBoringMachine),whichconcernsofelectricity,hydraulic,transduceretc.isacomplexconstructionmachineusedforundergroundexcavation,suchascuttingtransportationofsoil,erectingsegments,measurement-orientedetc.Foritsconvenienceandsafety,itiswidelyputinuseofsubwayexecuting,railwayandchausseetunneling,municipalconstructionaswellasirrigationworks.Segmenterector,oneofthemostimportantpartinaTBM.Themissionfortheerectoristoassemblesegmentsintoacirclecalledring,whenshieldmachinehasmovedforwardforonestep.UndertheUtilityTunnelsystem’sbackground,thetopicfocusonthesegmenterector’sstructureandthedesignofnewproduct.Byanalyzingerector’ssystem,workingconditionsandinfluencefactors,comparingworldwideerectors’neweststudyprogress,combiningwiththeutilitytunnel’sminordiametercondition,finallycomesupwithasixdegreeoffreedom,ringshapesegmenterectordesign.Basedontheringshape,processingthedetaildesignofeveryorganization,includinghydraulicmotor’sselection,geardrivingdesigningandhydro-cylinderforeveryactiveorganization.Thenprocessdetaildesigningforstructuralparts.Basedonthegeneraldesign,proceedsthree-dimensionalmodelsfortheerectorbySolidworks.Obtainstheaccuratesizefortheassemblingandeveryelement.Thenconductfiniteelementanalysisforaconnectingpartandreceivesthestressnephogram.Thiswouldbegreatreferenceforrealworkingconditions,andgreatbasisforoptimizing.Keywords:SegmenterectorMechanicalDesignSolidworks第41页目录第1章绪论 11.1课题背景 11.2盾构技术概述 21.2.1盾构法概述 21.2.2盾构机技术 21.3管片拼装机技术国内外研究现状 41.4设计主要内容 51.5本章小结 5第2章管片拼装机工作原理 62.1系统组成 62.2管片 72.2.1管片的衬砌 72.2.2管片的拼装形式 72.3拼装机工作原理 82.4本章小结 9第3章管片拼装机的结构设计 103.1管片拼装机的性能要求及主要参数 103.1.1拼装机功能参数的影响因素 103.1.2管片拼装机的性能要求 113.1.3主要设计参数 123.2回转机构设计 123.2.1回转盘体的设计 123.2.2传动齿轮的设计 143.2.3液压马达的选型 173.2.4减速器的选型 183.2.5支撑结构 193.3提升机构设计 223.3.1提升导套副的设计 223.3.2提升油缸的设计 243.3.3提升导套副内套设计 253.4平移机构设计 263.4.1平移油缸的选型 263.4.2平移导套副的设计 283.5微调机构的设计 293.6本章小结 30第4章管片拼装机的主要零件设计 314.1横移伸缩臂的设计 314.2横移伸缩臂与提升臂的销轴连接 324.3配重设计 324.4平移机构框架设计 334.5本章小结 34第5章ANSYS有限元应力分析 355.1软件介绍 355.2转角链接有限元分析 355.3本章小结 37总结 38致谢 40参考文献 41第1章绪论1.1课题背景随着我国的城市化以及城市化进程的不断加速，城市化密集度发展日渐扭曲，按照传统的规划理念已经很难满足现状发展要求[1]对于与居住相配套的市政管线，其检修、增容都提出了巨大的考验。在此背景下，出现了集“精细化、集约化、可生长化”等优点于一身的综合地下管廊。在上海、武汉等地的投用，证明了其在城市地下管线建设，保障城市安全运营，提高城市总结承载能力和城市化发展质量方面有显著作用。常见的综合管廊由三种形式：干线性综合管廊、支线型综合管廊以及缆线型综合管廊。三者的适用场合和布置地点都有些许区别。干线性综合管廊主要布置于道理绿化带、机动车道以下，负责作为主要收纳管线，为支线管廊提供服务；支线型综合管廊为干线管廊和终端用户之间相联系的通道，设置于非机动车道、人行道以下；缆线型综合管廊直接供应各终端用户，一般置于人行道下。图1.1综合地下管廊虽然地下综合管廊在使用中有诸多优点，但由于其位置往往位于人行道、非机动车道等交通道路之下，在建设施工中往往会封路开挖，对周边居民出行造成极大不便。因此，盾构施工法在综合管廊的建设中成为一种可行的方法。1.2盾构技术概述1.2.1盾构法概述盾构法发明于1825年，距今已有190多年的。当今的盾构法是利用盾构机械在地下推进，通过盾构外壳以及管片等支承开挖面，以防止隧道内发生坍塌。在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，并拼装预制好的管片形成环形支护，依靠液压油缸顶进管片，使得机体向前移动。如今的盾构施工法已广泛应用于铁路、地铁、公路、水电、市政等隧道工程建设。目前，在欧美发达工业国家使用盾构机进行施工的城市隧道已占90%以上[2]。1.2.2盾构机技术盾构法施工中主要用到的设备就是盾构机。现代盾构机是集机电控制、液压、测控、材料、计算机等诸多技术于一体的技术密集型产品。其设计与生产主要在日本、美国与欧等发达国家和地区。盾构机属于定制型产品，根据开挖当地的地质、开挖面直径等工况不同进行定做。据统计全球已累计生产各种盾构机1万多台，主要生产厂家有日本的三菱重工与川崎重工、德国海瑞克公司、美国罗宾斯公司、法国迈通公司等[3]。根据施工的地层条件与施工方法等不同，盾构机可分为很多种。按隧道土质的软硬，隧道盾构机可分为硬岩隧道掘进机、软土隧道掘进机。按开挖面闭合程度分类，可分为敞开式盾构机、半敞开式盾构机和封闭式盾构机。其中，封闭式盾构机则可进一步分为泥水加压平衡盾构机（含直接控制型、间接控制型两种）、土压平衡盾构机（包括普通型、加泥型、加水型、泥浆型等种类）。此外，还有适用于城市地下工程，如市政供排水、电缆管道建设的微型盾构机。而其中，最常用的是土压平衡盾构和泥水加压平衡盾构。土压平衡式盾构简称EPBM，如图1.2所示，它前端有一个全断面切削刀盘，全断面切削刀盘后设有临时储藏切削土体的密封舱，在密封舱中心线下部装备有长筒螺旋输送机，输送机一端设有出土口。所谓土压平衡则是向密封舱内加入塑流化改性材料，与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体，同时通过控制全断面掘进机推进液压油缸速度与螺旋输送机向外排土的速度，使舱内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力，并实现全断面掘进机在保持动态平衡的条件下连续向前推进。这种盾构主要适用于粘性土或有一定粘性的耪砂土。由于现有技术已可以调配出与多种不同地质相适应的塑流化改性剂（如泡沫、泥浆等），极大地拓宽了土压平衡式盾构机的应用施工领域，使其成为近年来全断面掘进机应用的主流机型[4]。图1.2土压平衡式盾构机泥水式盾构的结构与土压平衡盾构机有所区别，如图1.3所示，其工作原理是通过向密封舱内加入泥浆来平衡开挖面的水、土压力，在开挖面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于开挖面。其开挖面的平衡稳定性及控制地面沉降性能都较好。在开挖面，随着加压后的泥水不断渗入土体，泥水中的砂土颗粒填入土体孔隙中，可形成渗透系数非常小的泥膜。而且泥膜的形成减小了开挖面的压力损失，可防止开挖面的变形和崩塌，并确保开挖面的稳定。全断面掘进机内部空间较大，但施工弃土需进行泥水分离处理[5]。图1.3泥水加压平衡盾构机盾构系统中仍有诸如精确控制地表沉降、激光导向技术、提高姿态控制精度、管片拼装机全自动化拼装等有待解决的难题。1.3管片拼装机技术国内外研究现状管片拼装机是盾构施工中的关键技术，其本身也是一种复杂的机械。盾构法施工中在排渣、推进等技术已实现自动化的背景下，管片拼装机的自动化过程却略显缓慢，使其效率低，甚至影响整个工程的进度。工程分公司、中国广州广重企业集团和首钢集团重型机械有限公司等盾构生产部门均是与国外合作生产，而管片拼装机大都沿用国外较老的三自由度拼装系统[2]，姿态调整装置很不完善。目前，德国、日本以及美国等一些发达国家和地区生产的管片拼装机已成功实现了全自动化的拼装。据报道1995年日本HITACHI公司采用激光、光学图像处理、伺服控制及传感检测技术，开发了高效可靠的七自由度管片自动安装机器人，如图1.4所示；德国海瑞克研究出回转型真空吸盘式管片拼装机，采用比例控制技术，拼装精确，安全可靠。图1.4HITACHI公司自动拼装机原理图我国现在也有越来越多的高校、企业以及研究机构等对管片拼装机进行研究。并主要在中小型直径的拼装机上实现了管片吊装、移动、对中、就位和拼装机的机械化，实现了六自由度。沈阳北方重工集团盾构机分公司自主研发的真空吸盘式管片拼装机，具有很高的控制精度和安装效率，除螺栓连接需要人工完成外其他工序基本完成了自动化。国内高校中吉林大学的崔国华、岳彦烔、王国强等设计出了具有六自由度混联机构的管片拼装机，该拼装机能够准确快速定位拼装，提高管片拼装的准确性。除此之外，微调机构是国内管片拼装机设计上的创新热点，钱晓刚等提出了基于球面二自由度并联机构；黄业平等采用3-RPS机构取代了原有的五杆机构和偏转油缸；吴超等人优化了3-RPS-1-S的尺寸；崔国华在此基础上又设计出了4-RPS冗余型微调机构。虽然在一大批研究人员的努力下，我国的管片拼装机实现了机械化，但在拼装的自动化、精度和效率方面还有很大提升空间[6]。在逐步改进的基础上，智能高自由度的拼装机器人是未来的发展趋势。并随着控制技术的发展和完善，它还将朝着更加可靠、能使用更复杂工况及多功能的方向发展。1.4设计主要内容本文结合地下管廊技术的发展，对盾构机的需求，对小型泥水式地下管廊盾构机管片拼装机进行了分析，并确定了管片拼装机的整体方案，完成了回转装置、回转齿轮等关键机构或部件的设计与建模。具体内容如下：（1）介绍地下管廊课题背景，简述盾构法施工与盾构机技术，对管片拼装机国内外研究现状进行分析；（2）完成盾构机、管片拼装机构成与工作过程、原理的解释；（3）完成对回转装置、回转齿轮、举升臂、伸缩臂、平移机构、微调机构等部件进行方案设计、选择与参数计算；（4）利用建模软件SolidWorks建立管片拼装机整机的三维模型；（5）利用ANSYSWorkbench对一转角链接件进行了有限元分析；（6）总结全文工作，并对管片拼装机的设计和研究提出进一步展望。1.5本章小结本章先介绍了综合地下管廊的进行了简要介绍；然后详细对其可行的施工方法——盾构法与盾构施工所使用的盾构机做了介绍；并着重描述了现今国内外管片拼装机的发展状况；最后简单介绍了本课题的主要内容。第二章管片拼装机工作原理2.1系统组成管片拼装机是个复杂的系统，从功能角度，可分为以下几个相对独立的系统部分：(1)管片安装系统：管片拼装机的此部分以机械结构为主，辅助以控制元件以实现管片的精确定位和连接；(2)管片拼装机机架系统：管片拼装机机架取决于拼装机结构型式，它用来支承执行机构物品和自重以及外部载荷等，并将这些载荷传递到拼装机的支承部位，如中空轴式结构有H梁，环式结构有托轮与滚轮装置；(3)驱动装置和控制系统：驱动装置是拼装机的动力源，它在很大程度上决定了拼装机的性能和特点；控制系统是控制各机构的执行的系统，通过控制系统实现工作机构的启动、调速、换向、制动和停止等动作，以液压控制为主流；(4)控制反馈装置系统：此装置是控制系统的辅助装置，为实现管片移动的精确定位，达到工作要求提供保证，有的管片拼装机上会装备有激光测距仪，或是光电门等测距装置；(5)辅助系统部分。管片自动拼装机必须在满足安全的情况下，迅速地把管片拼装成预定的结构形式，主要体现在能够实现管片的完全精确地安装所必须的6个自由度。这项功能要求一般是通过夹持机构、升举机构、平移机构、回转机构和微调机构来完成;其次，必须符合管片拼装的动力要求，能在负载后能够准确、安全地完成上述运动。为了方便施工操作，提高施工效率和安全，拼装机采用遥控和线控两种操作模式[7-8]。2.2管片2.2.1管片的衬砌管片拼装机的工作对象是预制管片，管片是一块混凝土环状砌块，安装后于施工阶段作为隧道施工的支护结构，它可以保护开挖面以防止土体变形、土体坍塌及泥水渗入，承受掘进过程中的推进油缸顶力以及其他施工荷载；竣工后，衬砌单独或与内衬一起可作为隧道永久性支撑结构，并防止泥水渗入，同时支撑衬砌结构周围的水、土压力以及使用阶段和某些特殊需要的荷载，以满足结构的预期使用要求[9]。管片衬砌环被由成许多块管片组成，衬砌的管片是在地表预制的，它在盾尾的防护下进行安装，由管片小车、管片吊机与喂片机等输送装置，输送到要安装的地点，即管片拼装机所在的位置。2.2.2管片的拼装形式隧道管片拼装按其整体组合，可分为通缝拼装和错缝拼[10]。在小型盾构机中，管片一般采用3A+2B+1K的拼装形式，如图2.1所示，共六块。其中A型标准管片3块，每块所对的中心角为70°，B型相邻管片2块，每块所对的中心角为60°，K型封顶管片一块，所对的中心角为30°。拼装时A型与B型管片为直接径向放置，而K型则需要径向搭接3/5管片宽度，然后纵向插入。图2.1管片拼装形式在拼装管片的过程中，不同的路径对盾构机的能量消耗有所影响，沿着一定的优化路径可使管片拼装机在拼装管片的过程中消耗尽量少的能量，达到节能环保的效果。2.3拼装机工作原理管片拼装机具体工作流程如下[11]，如图2.2所示：（1）管片供给：管片运送小车将管片运至管片吊机，管片吊机吊起管片向前移动，期间旋转90°，一段距离后，将管片放置在喂片机上，喂片机将管片沿着导架向前方移动；（2）管片夹持：自动拼装机或操作人员在确定管片到位后，操作抓取机构开始夹持管片。管片夹持与手工拼装相同，即将夹持器具旋入螺栓孔中；（3）管片定位管片定位分为粗调定位和微调定位：粗调定位是提升机构先将管片提起，平移机构将提起的管片平移到所要拼装的横断面上，回转机构将该管片旋转到预先确定好的径向安装位置；微调定位是通过微调机构的偏转油缸、俯仰油缸和举升油缸联合作用完成管片的微调定位，使待装管片的螺栓孔与前一环前一片管片的螺栓孔对齐的过程。（4）螺栓连接管片定位后，管片的螺栓孔全部对齐之时即可用螺栓将周向及轴向相邻的管片按一定的力矩进行联接，完成管片的最终定位。图2.2管片拼装机工作过程重复上述四个步骤，当K型管片安装完成后，即完成了一环管片的拼装。此时，盾构机便可以利用完成的一环管片在液压油缸的作用下继续向前顶进。在拼装过程中，管片拼装机能实现管片锁紧、平移、回转、升降、俯仰、横摇和偏转七种动作，升降、仰俯、横摇和偏转六个动作分别与管片的六个自由度相对应，另外应该有锁紧管片的动作[12]。假设x正向为盾构前进方向，y为管片环切线方向，Z为开挖面径向。如图2.3所示，x，y，z分别为三个宏观运动平移、回转和升降；θx、θy、θz分别为3图2.3管片的六自由度2.4本章小结主要本章首先介绍了管片拼装机的组成系统；然后对拼装机的工作对象——管片衬砌及其拼装形式做了简要介绍；最后详细介绍了拼装机的工作过程，以及其所需的运动与自由度要求。第三章管片拼装机的结构设计3.1管片拼装机的性能要求及主要参数3.1.1拼装机功能参数的影响因素管片拼装机结构复杂，工作环境也较差，主要受到以下六个影响[13-16]：（1）开挖直径影响管片拼装机主要参数的主要因素是开挖直径。其直接决定了管片拼装机的回转半径，提升臂形成等参数。此外，开挖直径决定了管片的尺寸、拼装形式、质量等参数，又从另一方面决定了拼装机的载荷与尺寸；（2）盾构机的掘进速度管片拼装机工作时，盾构机必须停机等待拼装机工作完成，才能够继续前进。因此，掘进速度越大，管片拼装机的效率就需要越高，从而与之配套；（3）换步步距盾构机的换步步距越大，拼装机的纵向行程就相应的越大，而与之一致；（4）管片尺寸一方面，宽度越大，所要求的拼装机的纵向行程也就越大；另一方面，管片尺寸决定了管片的重量，由于A型管片体积与质量最大，所以其直接决定了管片拼装机的静载荷，是检验拼装机强度的重要依据；（5）自动化程度管片拼装机需满足管片的抓取、运输、回转以及微调定位的动作要求，甚至还需进行定位后管片与管片的螺栓连接。要实现以上功能的自动化，必然使得拼装机结构复杂，造价昂贵，故障率高等问题。但人工进行上述动作的判断与操作又会使操作人员工作强度高，也不利于安全施工。（6）工作效率拼装机的工作效率主要取决于盾构机的掘进速度、换步步距等。目前，工作效率为20～60min/环。3.1.2管片拼装机的性能要求为了保证管片拼装机能够安全迅速地把管片按预定形式拼装到位，它应满足如下具体性能要求[17]：（1）管片拼装机应具有抓取装置、微调机构、平移机构、提升机构和回转机构来实现管片拼装时精确定位所需的六自由度要求；（2）管片拼装机各执行机构应在满足动力要求的情况下，安全迅速地完成抓取、提升、回转、平移、横摇、俯仰和偏转七种动作；（3）管片拼装机要有足够的起吊重量，即在正常工作的情况下，可以吊起管片的最大重量；（4）管片拼装机应工作在一定的范围之内，不得与其他部分零部件发生干涉；（5）管片拼装机应有足够的旋转力矩，能够使回转盘体携带管片在拼装平面内完成旋转；（6）管片拼装机应有足够的平移推力，能够使平移机构水平前后移动管片；（7）管片拼装机需有足够的安全余量，在完成上述动作之外要保证系统的寿命与操作人员的安全。管片拼装机在进行设计时应主要考虑的参数如下[18]：（1）管片抓取装置最大额定抓取量，即拼装机在正常工作时容许抓取的最大管片重量，抓取装置的尺寸需根据管片的尺寸来确定，表3.1为管片的主要技术参数；（2）管片拼装机的回转扭矩，通常指管片拼装机在抓取最大质量（A型）管片后，在最大行程的条件下，回转机构进行回转运动时的驱动力矩；（3）管片拼装机的工作范围，即管片拼装机的各执行机构在各个自由度上的行程，以及回转盘体应在一定的圆环空间内，避免与其他零部件的干涉；（4）管片拼装机的工作速度，主要包括回转机构、平移机构和提升机构的粗调速度，以及微调机构进行微调时，相应的速度。表3.1管片的主要技术参数管片外径管片内径管片厚度管片宽度管片拼装形式最大重量3540mm3080mm230mm1200mm3A+2B+1K15kN3.1.3主要设计参数如前文所述，在考虑多种因素之后，拟定了如表3.2的设计参数。表3.2管片拼装机主要技术参数项目参数抓取类型机械抓取式抓取能力15kN自由度6旋转速度0～2r/min驱动类型液压控制方式线控+遥控平移机构行程1300mm提升机构行程350mm回转角度±200°俯仰角度±2.5°横摇角度±2.5°偏转角度±2.5°3.2回转机构设计3.2.1回转盘体的设计管片拼装机的回转机构在拼装机工作过程中提供回转力矩，从而使管片实现沿切线方向的回转运动。回转机构应结构合理、紧凑，重量轻，精度高，运转平稳。现主要有中空轴式与环式两种结构形式：（1）中空轴式该回转机构形式最大的特点是将整个管片拼装机安装于盾构主机的大H梁上。需要在盾构主机中盾部位设计大H梁，然后通过一定的方式安装拼装机。平移机构一端安装在回转机构上，另外一端则安装在H梁的起始端，使得拼装机整机都在H梁上移动。这种方案会占据比较大的主机空间，适用于中、大直径断面的掘进机。图3.1H梁与中空轴式管片拼装机（2）环式环式结构中没有大H梁，尽可能把结构变为圆环形，把固定装置也设计到圆环边缘处，以便在中心处节约出大量的空间，能够使泥水管道与操作人员通过。这种设计能够节省大量的空间，并克服小直径全断面掘进机由于直径小导致的内部空间不足的难点。环式结构拼装机的平移机构不同于中空轴式，它的平移机构位于提升机构之下，平移油缸在工作伸缩时不用推动整机移动，但提升机构的相较于中空轴式会增加平移机构的重量。该机构为混联机构，开链其中①至④组成了串联机构，序号⑤至⑧的微调油缸和管片一起组成了准并联机构。图3.2环式管片拼装机示意图综合考虑，在本文研究的小型盾构机上更适合选用环式的结构。由于内部有管道与走廊通过，外部有推进油缸与铰接装置，故需要省出空间。整个回转盘体需设计在内径2000mm，外径3080mm的环形空间内。3.2.2传动齿轮的设计由于回转机构要求运动精度高、传统平稳，因此采用小齿轮啮合大齿圈的传动方案。由液压马达经过行星减速器把扭矩和转速传递给小齿轮，小齿轮与大齿圈啮合形成圆柱齿轮传动，再经过大齿圈带动回转盘体回转。大齿圈与回转盘体的连接如图3.3所示。为了节约空间，回转盘体在旋转时，不应与中间的走廊、管道等发生干涉，回转盘体中心应留出大约直径两米的圆形空间。此外大小齿轮应设计合理，满足刚度要求。经过设计，可以将大齿圈轴向置于回转盘体之内，保证大齿圈占据尽量少的空间，并不让齿轮外置于其他空间，造成不必要的危险。图3.3大齿圈与回转盘体的连接（1）材料选择本设计齿轮材料选用40Cr，调制处理，齿面硬度241～286BBS，查阅相关文献得，其抗拉强度极限=700MPa，=500MPa，管片拼装机按每天两班工作，每班8小时，使用寿命3年，1年300天计算。计算应力循环次数N： （3-1） （3-2）式中：n—齿轮的转速，r/min；j—齿轮每转一周同一齿面的啮合次数；Lh—齿轮的工作寿命，h；根据公式（3.1），（3.2）计算得：N1=1.2x107，N1=1.3x106。按不允许出现点蚀要求，查得：ZN1=1.12，ZN1=1.06。计算接触疲劳许用应力： （3-3）式中： —啮合齿轮的接触疲劳极限，MPa； —计算啮合齿轮接触疲劳许用应力时的最小安全系数，一般，但常取1； ZN—计算啮合齿轮接触疲劳许用应力时的寿命系数； ZX—计算啮合齿轮接触疲劳许用应力时的尺寸系数，尺寸系数与模数有关，对于调质钢，取ZX=1.0； ZW—计算啮合齿轮接触疲劳许用应力时的工作硬化系数，用以考虑冷工作硬化使大齿轮的接触疲劳极限应力提高的系数，取ZW=1.0；ZLVR—计算啮合齿轮接触疲劳许用应力时的润滑油膜影响系数，齿面间的相对滑动，润滑的黏度和齿面的粗糙度为其重要的影响因素，对于光整的齿轮应该取ZLVR=1.0。查文献得：=680MPa，=740MPa，根据公式（3-3）计算得：=761.6MPa，=784.4MPa。（2）齿轮传动参数设计选定小齿轮与大齿圈的基本参数如表3.3：表3.3齿轮传动基本参数项目小齿轮大齿圈齿宽55mm50mm模数1616分度圆直径304mm2800mm中心距1248mm1248mm齿数19175分度圆压力角20°20°齿顶圆直径352mm2784mm齿根圆直径280mm2865mm变位系数+0.5+0.5传动比9.219.21齿轮传动也需要适当的布置方式，若直接放置在回转体下部中间位置，则会与平移机构的平移油缸发生干涉。为了避免此种状况的发生，本设计将小齿轮分别布置在回转体的下部，两侧位置，如图3.4所示。图3.4齿轮传动的布置方案（3）回转体倾覆力矩计算： （3-4）式中： TQ—管片拼装机的回转机构进行回转运动时的倾翻力矩，kN∙m；KH—管片拼装机的回转机构进行回转运动时的安全系数，这里取KH=1.2；W—管片拼装机的抓取装置抓取的最大管片重量时，管片、微调机构、平移机构的总重量，这里取W=50kN；R—管片拼装机的抓取装置抓取管片进行回转运动时管片重心至回转中心轴的距离，这里取R=650mm。计算得：TQ=39kN∙m（4）回转力矩计算： （3-5）式中： TP—管片拼装机的回转机构进行回转运动时的最大扭矩，kN∙m； W—管片拼装机的抓取装置抓取的最大管片重量时，管片、微调机构、平移机构的总重量，这里取W=50kN； L—管片拼装机的抓取装置抓取管片进行回转运动时管片重心至回转中心的最大距离，这里取L=1400mm。计算得：TP=70kN∙m考虑到摩擦等因素，这里取Tmax=75kN∙m。3.2.3液压马达的选型液压马达以其工作稳定可靠，体积小，重量轻等诸多优点广泛应于工程机械领域，在管片拼装机中，依然选用液压马达作为回转机构运动的原动件。（1）液压马达的所需功率计算：=17.59kW （3-6）式中： ηw—减速器与回转支承的总传动效率，取ηw=0.9。根据功率选择最小的柱塞液压马达A6V-28，其性能参数如表3.4所示。表3.4柱塞马达A6V-28的性能参数项目符号数值排量Vgmax28.1ml/r最大允许流量Qgmax133L/min最大扭矩Mm156N·m最大输出功率Pmax78kW最高转速nmax4750r/min质量m18kg图3.5柱塞液压马达模型3.2.4减速器的选型液压马达输出的转矩小、转速高，不能直接连接回转盘上的齿轮，需要用减速器对这个输出进行减速增扭。减速器传动比的设计：总传动比计算： （3-7） （3-8）式中： iw—减速器与回转盘上齿轮的总传动比； nm—液压马达输出转速，r/min；nr—回转盘体的设计转速，r/min；ir—减速器传动比； ig—一级齿轮减速传动比，上文已设计ig=9.21。联立（3-7）与（3-8）得减速器的传动比：ir=257.87。要得到这么高的传动比，靠简单的齿轮减速器是不能实现的，因此，在考虑工作平稳，要求较小噪声的情况下，选用行星减速器，查阅相关资料，选择NCD315-250-1，法兰安装。3.2.5支撑结构（1）托轮与滚轮装置简介环式管片拼装机省去了中空轴式的回转支承结构，改用托轮支持整个回转体的重量。回转部分径向支承安装在避开推进油缸撑靴尺寸的支架上，回转盘体的边缘和托轮接触，保证盘体的径向定位和径向支承。考虑到管片拼装机在安装不同位置管片时候会产生轴向轻微移动，在连续工作时会热胀冷缩，所以另外设置了滚轮装置。滚轮装置与盘体两外边接触，完成回转盘体的轴向定位，保证其能抵抗盘体的倾翻力矩[19-20]。1.盾壳2.推进油缸撑靴3.支承托轮4.滚轮装置图3.6托轮滚轮布置示意图托轮与滚轮装置如图3.7所示。托轮、滚轮装置制造、安装、精度调整简单，维护方面，不同于回转支承可部分更换。图3.7托轮与滚轮装置（2）托轮的布置方案设计管片拼装机的回转和支撑都需要托轮，因此托轮应尽量布置在回转盘下部与两侧，以保证在全断面掘进机进行转向或升降时，管片拼装机不会脱离托轮的位置。如图3.8，提出了避开推进油缸的托轮的布置方案。真正承重的托轮只有下部6个，其他主要起到定位的作用。图3.8托轮的布置方案对拖轮进行受力分析，回转盘体的下半部分布置了6个支承托轮装置。回转盘体外圈支承托轮总载荷为Fr，由于托轮对称分布，其受力情况完全相同，受力情况完全和布置角度有关。最下方两个对称拖轮受力最大。在Fr作用下托轮产生变形，假定回转盘体外圈和支承托轮架不变形，整个与回转盘体相切的圆弧会发生形变，上翘δ0，最下方10°所对应轮的形变为δ1，中间25°所对应轮的形变为δ2 （3-9）又根据赫兹公式，接触负载与变形量成正比关系： （3-10）对于类似于滚子的托轮，t=1.1。所以： （3-11）由式（3-10）得： （3-12） （3-13）由竖直方向上的力平衡条件可得： （3-14）将公式（3-13）带入（3-14）可得： （3-15）将数据带入公式，取Ft=145kN，计算得：F1=27.64kN。查阅相关资料，对托轮内的轴承进行选型，由于在托轮内，轴承是两个一组同时使用的，所以不用选择大于载荷很多的轴承，便可以容易留出足够的安全余量，最终选择6208-LS。图3.9滚轮的布置方案滚轮主要负责防止管片拼装机在一侧受力过大的情况下发生倾翻，其工作载荷相比于托轮较低，故仅在避开油缸与托轮的位置布置六个，如图3.9所示。3.3提升机构设计3.3.1提升导套副的设计管片拼装机的提升机构固定在回转盘上，其沿着开挖断面的径向移动。提升机构由提升油缸进行驱动，提升机构的阻力主要是克服管片、微调机构等部分的重力。提升机构主要有两种形式，垂直升降油缸举升机构与平行四边形机构。垂直升降油缸举升机构是最常用的类型，它由油缸、升降横梁以及导向块等部件组成，两个举升油缸成对称布置，提升油缸缸体固定在旋转盘体上，活塞杆与下部的升降横梁铰接，两个升降油缸同步收缩实现管片的提升动作。导向块固定在旋转盘体上，其主要作用是导向和增加举升机构刚度。此处所采用的垂直升降油缸举升机构呈左右对称结构，结构简单、承载能力大，大多数盾构管片拼装机采用这种结构类型。但是此种结构呈悬臂支撑结构，在举升油缸处于最大行程时，倾翻力矩较大，导致悬臂梁的抗弯性能较差，设计时要特别考虑。要想保证抗弯性能，油缸尺寸就要相应地增大。油缸尺寸较大，行程较长，在受压时就可能出现失稳，造成拼装精度降低，故需要增加导轨。平行四边形机构是应用广泛的一种双曲柄机构。平行四边形机构的两曲柄等长，当两个曲柄等速转动时，平行四边形的连杆平动，因此平行四边形机构又称为等角速度机构。平行四边形机构可以买现连杆平动，其厂泛应用于旋挖钻机、桥梁检测车等工程机械，但是其在盾构管片拼装机上的应用，目前仅见于德国海瑞克公司生产的AVN2440DS泥水平衡盾构机。这种举升机构的油缸行程较短，结构紧凑，抗弯特性好，但由于其运动轨迹为圆弧，不利于控制系统的检测与反馈，在定位的精确度上有所欠缺。在此，采用垂直升降油缸举升机构进行驱动。由于管片拼装机负载大，工作强度高，在设计手册中没有与之相适的标准件，需要自行进行设计。在中空轴式的管片拼装机上，所采用的是圆形套筒结构。其油缸安装在套筒内部，节省空间；套筒可以多向受力，导向性好，但受载能力不强。但环式结构与中空轴式不同，中空轴式拼装机中，合理的设计可使管片位于拼装机正下方，整机便具有较小的倾翻力矩。因此圆形套筒结构很适合于中空轴式的管片拼装机，而并不适用于环式结构。图3.10提升机构如图所示3.10所示，内套与外套并不直接接触，中间有内衬板与内套摩擦，内衬板通过螺栓与外盖板相连，外盖板连接在外部的固定外套上。这样的结构操作简单，工作时，只需对油缸进行操作。内衬板与内套之间有润滑油充分进行润滑。当平移机构变速运动或内衬受到侧向力的时候，载荷就由内套经由内衬与外盖两个板传递到外套上，尽量分散载荷，保证了均匀受力。3.3.2提升油缸的设计图3.11提升臂方案对于负载较大的工程机械，其使用的油缸始终工作在系统给定的恒定工作压力下，并常以油缸能够驱动的负载确定油缸的内径尺寸。根据负载的大小合理地选择液压油缸的工作压力。查阅相关资料，选择16MPa为工作压力。（1）提升油缸的提升力计算： （3-16）式中： Ft—理论提升力，kN； K—提升机构的安全系数，这里取K=1.2； f—导向内套与内衬板之间的摩擦阻力，取f=2kN。计算得，提升力Ft=58kN。（2）提升油缸筒的内径 （3-17）式中： F—提升油缸工作时所受载荷，F=58kN；P—提升油缸的工作压力，取P=16MPa；A—提升油缸内筒面积，mm2；已知油缸内筒为圆形，故有圆形面积公式： （3-18）联立（3-17）与（3-18）可得：=67.937mm （3-19）圆整之后，取油缸内径D=80mm。（3）提升油缸活塞杆直径 （3-20）式中：d—提升油缸活塞杆直径，mm；φ—活塞往复运动的速度比，，这里取φ=1.33。求得提升油缸活塞杆直径d=40mm。因此，选用HSG80工程油缸，行程350mm。采用双耳环安装。3.3.3提升导套副内套设计提升导套的内套要与油缸、销轴和内衬板三个零部件进行配合，结构较复杂，因此，分部分设计简单的零件，再采用焊接的方式进行组装，其结构如图3.12所示。图3.12提升导套副内套在制造时，可将内套分为顶盖、直筒、底板、油缸耳环和销轴环五个部分，虽然增加了零件数量，但降低了制造难度。3.4平移机构设计3.4.1平移油缸的选型当拼装机抓起管片之后，需要将其沿着隧道轴线方向进行移动已到达管片与安装地点径向对齐的位置。对于直线运动，可以选择齿轮齿条、平移油缸等驱动方式。齿轮齿条的驱动方式工作稳定，传动效率高，通过编码器等设备易于控制，并且精度较高，广泛应用于升降机等设备。但需要在微调机构的板上安装电动或是马达与减速装置，会极大地加重微调机构的负载，还会占据较大的空间，不利于设备轻量化，可靠化的设计目标。除了齿轮齿条，还有丝杠滚珠传动可供选择。丝杠传动利用丝杠转动带动滚珠移动，使导轨块沿着丝杠轴向直线移动。丝杆滚珠的传动方式效率高，精度高，可以实现自锁，广泛应用于汽车转向与机床等设备。但其径向受力小，不适用于径向载荷太大的场合。而且也需要一定的装置驱动丝杠，其驱动设备会占据不必要的空间。直线运动还可以选择使用液压油缸，直接用液压油缸将活塞杆推出，实现移动方式简单，通过液压阀控制液压回路，工作可靠，便于操作。并且液压元件承受载荷高，适用于起重机之类的重型设备。按照设计要求，在微调机构上尽量不要再外加不必要的载荷；设计空间较小，不能与其他零部件干涉；并且要求较高的可靠性与承载能力。综合考量之后，决定采用平移油缸的设计方案。平移油缸的工作阻力主要来自导轨副的摩擦。平移油缸采用单活塞杆双作用的液压油缸[21]。平移机构方案如图3.13所示。图3.13平移机构设计方案（1）平移油缸筒的内径对于单活塞油缸，当压力油输入到无杆腔时，活塞杆的推力为[21]： （3-21）由此得油缸筒内径： （3-22）式中： p—液压元件的工作压力，MPa；p0—液压元件回油管路中的背压，若回油管路直接通到油箱，可取p0≈0；ηm—机械效率，考虑到密封件的摩擦阻力损失，橡胶密封常取ηm=0.92；d—液压油缸的活塞杆直径，mm；D—液压油缸的内径径，mm。其中是平移油缸上的推力F=R=12000N，p=16MPa。计算得：D=79mm圆整取：D=80mm。（2）平移油缸杆的直径利用公式（3-22），可计算得d=40mm。因此，选用HSG80工程油缸，行程1500mm，采用前端法兰安装。3.4.2平移导套副的设计平移油缸在工作时伸缩，但须有相应的平移直线导套副与之配套。导套副用于往复直线运动，具有精度高、价格低、工作稳定、噪声小、受载均匀、更换方便等优点。平移副还有导轨副应用广泛，但在管片拼装机里工况不同于机床、实验室等场合，管片拼装机的平移机构可能会随着回转机构的转动，围绕管道轴线发生360°的转动，因此，要求平移副能够在任何角度下保持工作能力。而导轨副在竖直方向上只有一端约束，当平移机构到达隧道最高位置时，导套甚至可能会掉落。并且，当机构偏转时，导轨与导套可能会发生受载不均得情况。以上工况均使得该场合不能选用导轨副。导套副分为导轨与导套，导轨是一根钢管，导套是一个空心套，方形套内有滚珠，结构如图3.14所示。通过滚珠与导轨接触，导套与导轨的摩擦力小，其所能承载的载荷也不大，因此在本设计中不适合使用滚珠导套。图3.14直线导套副结构另一种滑动导套其结构与滚珠导套相似，但其内部的锡青铜与导杆滑动摩擦，来实现支撑与导向的作用锡青铜的内衬在长时间的磨损之后可以拆卸并进行更换。本设计中拟定导轨直径80mm，导套为方形，导轨长度1600mm。3.5微调机构的设计管片拼装机的微调机构主要负责管片最终的精确定位，微调机构由抓取机构装置、旋转油缸、微调油缸和支架组成。微调机构是我国管片拼装机技术创新上的热点。微调机构的方案设计如图3.15所示。抓取装置负责管片的抓取管片，旋转油缸负责偏转动作，四个微调油缸负责横摇和俯仰动作。抓取装置上还有两个相互垂直的销轴连接，能够实现类似于球铰的摆动功能。图3.15微调机构设计图当抓取装置即下部自攻螺栓旋入管片后，通过人工将销轴插入销孔，微调机构的四个微调油缸伸出。油缸下部与一橡胶套相连，橡胶套直接与管片接触。微调油缸通过橡胶套与销轴共同作用，完成管片的锁紧。当回转机构、平移机构与提升机构将管片粗略地移动至安装位置后，微调机构的旋转油缸伸缩，由于上部板件和下部盘体之间有一个推力轴承的存在，使整个下部盘体与管片都绕圆形封顶旋转。之后，四个微调油缸两个一组，前后分组完成俯仰动作，左右分组完成摇摆动作。需要时，微调油缸也可以斜向分组，完成更加复杂的动作。当管片安装到位后，微调油缸回缩，管片不在锁紧，这时取下连接销轴，旋出起吊螺栓，即完全完成了一次管片的安装。微调机构由液压油缸驱动，因此需要对液压油缸进行选型设计，如表3.5所示，是各个油缸的技术参数。表3.5各个油缸的技术参数项目旋转油缸微调油缸油缸内径40mm40mm活塞杆直径20mm20mm活塞行程160mm60mm安装方式双耳环安装双耳环安装微调机构要使实现油缸带动下部板件实现回转的功能，在回转中心需要一个轴承来充当转动副。该轴承的受力： （3-23）式中：K—轴承的安全系数，这里取K=2； G1—管片的重量，kN； G2—下部板件的重量，kN；计算得：P=70kN查阅相关资料，根据其轴向受力远大于径向受力的特点，选用推力球轴承51212。3.6本章小结本章首先对管片拼装机的工作影响因素与工作性能要求做了分析，然后主要分成4个机构，分别进行了结构分析和设计，并对液压油缸、导轨、齿轮等零部件进行了选型设计，并最终确定了大体的设计方案。决定采用环式回转结构，并使用高速柱塞式液压马达，通过行星减速器与一级齿轮齿圈传动进行减速驱动；确定了提升机构的导套形式与提升油缸具体尺寸型号；确定了平移机构的结构形式，并选定了平移油缸的尺寸型号与导套副的尺寸及形式；确定了微调机构的结构形式以及微调机构上所使用的两种油缸的技术参数。为接下来不规则的结构件设计打下了基础。第四章管片拼装机的主要零件设计4.1横移伸缩臂的设计当全断面掘进机进行转向等机动时，管片衬砌的拼装位置会发生变化，除了借助原有的回转机构、提升机构、平移机构与微调机构之外，有时还需要在开挖面水平径向进行左右横移。要完成此动作，需要左右提升机构进行差动，平移机构与微调机构会绕某个中心产生类似横摇的摆动，回转机构可以进行反向等角度的回转，而保持管片的水平，此时回转机构配合提升机构再进行一定角度的回转和伸缩，再加上微调机构的横摇微调，即可达到横移的效果。而当两边提升臂进行差动的时候，整个下部机构变为斜向，其在提升机构之间的长度会发生变化。这时，就需要横移的伸缩臂来弥补长度的变化。伸缩臂的机构类似于提升臂，由内套、外套、内衬板和外盖板组成，如图4.1所示。外套、外盖板与内衬板之间用螺栓连接。内套与内衬板之间直接接触，在内衬板中部有小孔，以便于插入润滑系统油管。如此，内套与内衬板之间可以形成润滑，避免磨损。当横向有位移需要时，内套与外套发生相对运动，产生位移。图4.1伸缩臂结构伸缩臂内套上部有销轴耳环，用于与提升臂之间的销轴连接。耳环与底板焊接一起作为一个零件，底板与内套之间也采用焊接。外套下部有螺栓孔，负责与平移框架之间的螺栓连接。4.2横移伸缩臂与提升臂的销轴连接在横移的伸缩臂与提升臂之间铰接，且存在相对转动，故需要销轴对其进行连接。销轴连接具有工作可靠，结构简单等有点，适合应用于此。销轴连接有多种形式，这里选择比较简单的一种，其结构如图4.2所示。图4.2销轴连接示意图中心的销轴有多处暗孔，用于润滑油液的通过。销轴的外部有轴套，避免销轴与两个大销轴孔直接接触，并能储存一定的润滑油，减小摩擦。4.3配重设计配重又称为平衡秤砣，类似于直升电梯的配重装置，安装于拼装机回转盘上与管片径向相对的地方。当管片拼装机的回转机构转动时，由于配重的存在，使得回转盘在竖直方向受到的重力分布在中心轴线的两边，与电梯相同，合理的配重可以使拼装机旋转时所消耗的能量减少，总之，配重既能使回转盘体受力更合理，增加齿轮等传动件的寿命，又能使拼装时所消耗的能量减少，达到节能减排的效果。配重的重量计算： （4.1）式中： Gp—配重重量； G1—管片拼装机横移臂的重量，取G1=15kN； G2—管片拼装机微调、平移机构的总重，取G2=35kN； La—配重距回转中心的距离，取La=1190mm； Lb—管片拼装机横移臂距回转中心的距离，取Lb=1250mm； Lc—管片拼装机微调、平移机构距回转中心的距离，取Lc=1360mm。计算得：Gp=55.76kN。图4.3配重受力分析本设计中，将配重设计为配重箱，可根据实际情况进行配重重量的调节。配重通过底座的螺栓孔与回转盘体上相应的位置配合连接。4.4平移机构框架设计管片拼装机的平移机构的导轨需要固定，因此需对其端盖进行设计，如图4.4所示。而端盖需要一定的框架结构才能与横移臂相连接，此时需要对这个框架进行设计。图4.4端盖平移机构的框架需要与端盖、平移油缸、横移架等部件相连。并且需要其可拆卸，不能全部进行焊接。因此提出如图4.5的结构。图4.5平移框架结构该结构中，两侧的挡板构造相同，便于制造，在中后部有螺栓孔用于与横移架的连接。后挡板中部有螺栓孔用于与平移油缸的连接，两侧的孔用于端盖的安装。两侧挡板与后部挡板也进行螺栓连接，需要时方便拆卸。安装时，先安装两侧板件与后部分板件，前端挡板单独安装，并且可拆卸，它与两侧挡板通过两边的螺栓孔进行螺栓连接。在对微调机机构进行安装时，先将后挡板的端盖与导轨安装好。再沿着导轨将焊接在导套上的微调机构安装到框架内。最后安装前挡板，整个微调平移机构即装配完成。4.5本章小结本章对管片拼装机上标准件之外的重要零部件进行了分析，着重先后对横移伸缩臂、销轴连接、拼装机配重与平移框架进行了设计。第五章ANSYS有限元应力分析5.1软件介绍为了加快大型复杂机械设备的生产速度，提高机器的可靠性，避免在装配零部件的过程中出现问题而造成不必要的浪费并且能够及时修改。一般情况下要先对机器的零部件进行三维实体建模，再进行虚拟装配。本章主要根据微型土压平衡盾构机管片拼装系统各执行机构的特点，运用三维设计软件SolidWorks建立管片拼机各机构的实体模型，并选取正确、合理的方式进行整机的虚拟装配，为进一步对管片拼装机的关键部件进行有限元分析提供依据[22-23]。管片拼装机总装配体的模型如图5.1所示。图5.1管片拼装机总装配体为了保证拼装机在工作时能够承载足够的载荷，需要在设计时利用CAE软件对其进行仿真分析。由于时间所限，本设计仅使用ANSYSWorkbench对微调机构上一转角链接件进行了有限元分析。5.2转角链接有限元分析将Solidworks的转角链接模型，导入ANSYS中，并对其施加约束与负载如图5.2所示。图5.2导入ANSYS的转角连接件转角链接件材料为QT450-10，强度与韧性均较好，适合用于此处。现在考虑其从静止向上提升的工况。在设计中，转角链接件上部和下部四销孔均插有销轴，故对上部进行固定约束，在下部施加总共为15kN的力，方向向下。又由于下部与起吊螺栓连接，两边的板不能产生向中间位移，故对该方向进行约束。图5.3等效应力仿真结果等效应力的仿真结果如图5.3所示，从图上可以看出，最大的应力集中在上部销轴孔下方与形状、面积发生突变的位置，最大约5Pa。可以使用在孔的周围进行倒角处理，对于面积突变处，则可以通过保留铸造倒角等方法使应力避免集中。等效应变的仿真结果如图5.4所示，从图中可以看出，最大应变与应力集中处是相似的，亦可以采取与上文所述一样的方法进行优化。图5.3等效应变仿真结果5.3本章小结本章首先就建模软件与仿真模拟软件进行了介绍，然后略去了冗杂的建模过程，最后对转角链接件进行了仿真分析。但在电脑中所施加的工况和真实工况存在差别，若想自习对其进行研究，则需要其他的工况采集手段。总结1结论本文结合中国城市化发展中，综合地下管廊的施工方案，在学习和了解国内外相关文献的基础上，综合综述了全断面掘进机及管片拼装机的研究现状，深入研究了全断面掘进机关键子系统管片拼装机，并自