可变径矩形顶管机模块化刀盘及主驱动的设计与研究

摘要

为实现矩形顶管机的快速变径,扩大设备适用范围,基于偏心多轴驱动形式,设计了一种可变径矩形顶管机的模块化刀盘及主驱动。一组刀盘配备两组驱动,构成一套便于拆卸、更换的模块。须多个模块组合使用,确保至少4根曲轴支撑一组大刀盘,通过模块的组合或调节模块间距实现顶管机快速变径。在对模块进行受力分析的基础上,采用Ansys有限元分析软件对刀盘、曲轴进行了静力学分析及模态分析,得到二者在最大载荷条件下的应力值、变形量及固有频率;通过刚柔耦合动力学仿真,得到曲轴载荷谱,并基于nCode Design Life对曲轴进行了疲劳分析,得出曲轴的损伤、寿命结果。结果表明:在软土地层施工中,刀盘最大应力为229.7 MPa,低于材料屈服强度,安全系数1.55,前6阶固有频率范围为179.3 Hz~196.5 Hz;曲轴最大应力为491.4 MPa,位于前端主轴颈圆角处,安全系数1.89,前6阶固有频率范围为333.4 Hz~1304.5 Hz。曲轴主要疲劳损伤点集中于前端主轴颈的圆角处,最小循环次数为3.37×10^(7),理论寿命为165928 h,可满足顶管机掘进需求。