6m级地铁盾构管片拼装机机构设计及其力学特性研究

摘要

管片拼装机是盾构机的关键子系统之一，其主要功能是将预制管片衬砌到隧洞内表面，防止隧洞坍塌。合理的机构设计及良好的动态性能是拼装机能够实现管片精确、快速拼装的关键，对提高盾构机施工效率、节省施工能耗具有较大现实意义。为此，论文在以下几个方面展开研究工作:
　　(1)分析了现有管片拼装机的结构特点，建立了管片拼装机的选型原则，并提出了一种6m级地铁盾构管片拼装机结构方案。
　　(2)构建了该管片拼装机的正运动学模型，对五杆机构、微调机构进行位置正反解分析，推导了速度映射模型。针对现有微调机构的缺陷，设计了一种基于无约束驱动支链加被动约束支链结构的三自由度转动微调机构，并保证其在工作区间内无奇异位形。
　　(3)基于虚拟样机技术，在ADAMS软件中建立了拼装机全部动作过程的多体动力学仿真分析模型，对拼装不同位置管片的过程进行仿真分析，研究管片拼装机的动态力学行为。
　　(4)对管片拼装机多工况仿真的受力进行分析，得出关键部件扼架、托梁等结构的危险工况;在此基础上，对管片拼装机进行静力学分析，研究管片拼装机关健部件强度与刚度特性;最后在制造现场进行了实验验证。