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螺旋驱动掘进机螺旋参数的研究

作　者: 朱宁宁
导　师: 卢清国
学　校: 北京工业大学
专　业: 土木工程
关键词: 掘进机 螺旋驱动行走 牙型角 牙底距 齿高
分类号: U455.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着高新技术和城市化的进展，地下管道在城市基础设施中越来越重要。现有隧道掘进机各自适用于特定的地质条件，掘进机工作机理一般把土体作为阻力源，在有效发挥土体主动作用方面少有涉及。文章借鉴空气、船舶螺旋桨利用其所在介质(气体、液体)提供前进动力的原理，进行了土体为掘进机提供主动作用的模型试验研究。文章以粉质粘土中螺旋驱动自行走掘进机的驱动部件螺旋杆件和土体的相互作用为研究背景，从室内模型试验入手，辅以理论分析，研究了螺旋杆件结构参数对提供拉力的影响。主要内容如下：(1)总结各种隧道掘进机顶进推力理论，参考土壤—机器系统相关理论研究成果和方法，将螺旋杆件结构参数和土体性质作为一个系统研究。(2)根据相似理论推导模型试验相似准则，并重点研究螺旋结构参数的相似准则。(3)设计螺旋杆件结构、模型试验台装置和量测系统，确定试验方案，利用正交试验法安排完成试验。研究得到以下结论：(1)螺旋杆件结构参数对其提供拉力大小的影响主次关系顺序为：牙型角>牙底距>齿高；(2)按照提供拉力最大的情况，得出一组最佳螺旋结构特征参数组合；(3)经数据回归分析，得出拉力与螺旋结构各参数间的回归方程；(4)螺旋杆件旋进过程中的地表变形规律；(5)选择最佳因素水平结构参数组合的螺旋杆件为试验对象，研究土体含水率变化对拉力影响规律。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
    1.2.1 盾构法  11
    1.2.2 顶管法  11-12
    1.2.3 自行走式隧道掘进机  12-13
  1.3 研究内容及路线  13-16
    1.3.1 问题的提出  13
    1.3.2 研究内容  13-14
    1.3.3 研究路线  14-16
第2章 理论研究现状  16-30
  2.1 土中隧道掘进机顶推力理论研究  16-21
    2.1.1 盾构机顶进力研究  16-17
    2.1.2 顶管机顶进力研究  17-18
    2.1.3 自行走式掘进机顶进力研究  18-21
  2.2 土壤—机器系统理论研究  21-22
  2.3 土与结构理论研究  22-23
  2.4 螺旋结构理论研究  23-28
    2.4.1 螺旋线理论  23-24
    2.4.2 螺旋传动理论  24-25
    2.4.3 螺旋桨理论  25-28
  2.5 本章小结  28-30
第3章 螺旋杆件旋进理论基础  30-36
  3.1 螺旋杆件工作原理  30
  3.2 螺旋杆件受力分析  30-33
  3.3 土体的运动分析  33-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章 试验研究  36-40
  4.1 研究对象和影响因素  36-37
    4.1.1 土体性质  36
    4.1.2 螺旋结构参数  36-37
  4.2 研究方法  37-38
    4.2.1 相似理论和模型试验  37-38
    4.2.2 相似准则的导出  38
    4.2.3 正交试验设计  38
  4.3 本章小结  38-40
第5章 模型试验研究  40-66
  5.1 研究任务和目的  40
  5.2 土体—螺旋杆件模型试验理论  40-43
    5.2.1 系统参量确定  40-41
    5.2.2 量纲分析法求相似判据和相似常数  41-43
  5.3 试验准备  43-55
    5.3.1 模型试验设计  43-51
    5.3.2 液压驱动系统设计  51-52
    5.3.3 初始和边界条件一致的模拟  52-54
    5.3.4 测量系统设计  54-55
  5.4 量测内容及传感器标定  55-60
    5.4.1 轴向拉力的量测和 S 型拉力传感器标定  55-57
    5.4.2 土体表面位移的量测和 WBD 电百分表位移传感器标定  57-58
    5.4.3 螺旋杆件行进位移的量测和拉线位移传感器标定  58-59
    5.4.4 螺旋杆件与土相互作用范围内土压力量测和土压力盒标定  59-60
  5.5 模型土和试验土性参数  60-61
  5.6 试验过程  61-64
    5.6.1 模型试验安排  61-62
    5.6.2 试验内容及步骤  62-64
  5.7 本章小结  64-66
第6章 试验结果分析  66-86
  6.1 正交试验结果分析  66-74
    6.1.1 极差分析  66-71
    6.1.2 方差分析  71-74
  6.2 螺旋杆件拉力  74-79
    6.2.1 螺旋杆件拉力分析  74-77
    6.2.2 旋进距离对拉力的影响  77-78
    6.2.3 螺纹单位面积承受的拉力  78-79
  6.3 地表位移  79-84
    6.3.1 横向位移计分析  79-82
    6.3.2 纵向位移计分析  82-84
  6.4 本章小结  84-86
结论与建议  86-88
  主要研究结论  86
  研究对象发展趋势与建议  86-88
参考文献  88-92
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  92
参与科研项目  92-94
致谢  94

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 隧道施工 > 施工机械 > 掘进机械
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