【摘 要】
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土压平衡顶管机是一种地下顶管工程的设备,其具有扰动周围土体小、无噪音施工、环境污染小、施工过程可控、对地面沉降影响小等优点。由于顶管机机头工作环境恶劣,结构复杂,且切割顶进阻力又大,所以顶管机机头的设计尤为重要,本文对土压平衡顶管机机头进行结构设计及优化。确定土压平衡顶管机机头的结构方案,计算机头的顶力、刀盘的转矩、转速,并根据这些参数选取刀盘的驱动电机。通过计算电机与刀盘的转速,得出土压平衡顶管
【基金项目】
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安徽省第十一批“115”产业创新团队-安徽唐兴机械装备有限公司非开挖技术产业创新团队的土压平衡顶管机研发项目
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土压平衡顶管机是一种地下顶管工程的设备,其具有扰动周围土体小、无噪音施工、环境污染小、施工过程可控、对地面沉降影响小等优点。由于顶管机机头工作环境恶劣,结构复杂,且切割顶进阻力又大,所以顶管机机头的设计尤为重要,本文对土压平衡顶管机机头进行结构设计及优化。确定土压平衡顶管机机头的结构方案,计算机头的顶力、刀盘的转矩、转速,并根据这些参数选取刀盘的驱动电机。通过计算电机与刀盘的转速,得出土压平衡顶管机机头的传动比,并选取合适的减速器。计算土压平衡顶管机的机头壳体厚度、机头外径以及长度,并依据弹性力学理论,计算刀盘的辐条厚度。对顶管机机头结构中的渐开线圆柱直齿轮副、输出主轴的尺寸参数进行计算并进行强度校核,且满足强度条件,符合安全要求。采用Solidwork建立土压平衡顶管机机头的三维实体模型,并将三维模型导入Ansys有限元分析软件,对机头进行材料添加、网格划分和施加边界条件等前置处理并求解,完成机头的有限元分析。根据模态分析频率结果,其大于电机的工作频率,同时也大于各零部件的转动频率,表明机头关键零部件不会发生共振。根据静力学分析结果,确定机头的薄弱位置为刀盘辐条处。根据静力学分析结果,对机头薄弱部件,刀盘辐条进行尺寸调整,对调整后的不同尺寸的刀盘辐条进行有限元分析,根据有限元分析结果确定刀盘辐条的优化尺寸,实现刀盘辐条的尺寸优化。图[34]表[12]参[66]
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