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大口径顶管掘进机研制及其关键技术研究

作　者: 鲁少刚
导　师: 贺利乐
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 机械工程
关键词: 非开挖技术顶管泥水平衡土压平衡掘进机
分类号: TU69
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

非开挖技术是先进的科学技术与社会需求相结合的实用新型技术。推广、普及这项技术,加快相关企业的专业化、规模化,将会促进非开挖技术业的发展、壮大。这一新兴行业将在我国二十一世纪的国民经济建设发展中发挥巨大作用。本文在分析顶管掘进机原理的基础上,对顶管施工中的各种载荷,重点对顶管机研制过程中的关键参数如刀盘转矩、液压油缸纠偏力、螺旋输送机进行了详细的计算,在此基础上研制出了DK3600土压平衡顶管掘进机。该设备主要由刀盘、刀盘驱动系统、前后壳体、联接两壳体的纠偏油缸组和壳体密封止水带、出土绞龙、液压纠偏系统及其液压管路、注泥(水)装置、测量显示系统、电气控制柜及顶管操纵台等部分组成,结构紧凑简单、适应性强、操作方便、施工效率较高。通过对顶管机研制过程中关键技术的分析以及具体的研制,可以得出以下主要结论:1、大口径顶管机的研制是一项复杂的系统工程,主要涉及到顶管机动力系统设计计算、刀盘切削机构设计、密封系统设计、液压纠偏系统设计等关键技术。2、电气系统采用PLC控制极大的提高了工作的可靠性,易于保养,出现故障时诊断和维修都很方便。同时,在电气控制单元采用了软启动器来控制多台电机的工作,解决了多台电机先后启动的难题。3、液压纠偏系统油缸的布置一般采用4个对角的“□”字型形式,每个角一组布置2只液压缸,4组油缸分布在一个圆上,纠偏时2组油缸同时工作,有效地利用了液压动力。纠偏力的大小与油缸分布圆直径的大小有关。4、本课题根据以上特点研制的DK3600顶管掘进机能顶内径达φ3600mm的钢管,动力强劲,刀盘切削力较高,对土质的适用范围广,能可靠投入工程施工。5、无面板刀盘的顶管掘进机采用辐条式刀盘结构形式,其开口率达100%,实现了真正意义上的土压平衡。该机的成功研制将会产生巨大的经济效益和社会效益,大大推进我国基础设施建设的飞速发展。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-15
  1.1 引言  10
  1.2 顶管掘进机的发展现状  10-11
  1.3 课题背景及研究意义  11-13
    1.3.1 多功能顶管掘进机在我国的开发应用前景  11-12
    1.3.2 宝冶建设顶管施工技术的发展及对设备能力的需求分析  12-13
    1.3.3 宝冶建设修造产业的发展与顶管产业的衔接分析  13
  1.4 本课题的研究内容  13-14
  1.5 本章小结  14-15
2 顶管机研制中的关键技术分析  15-23
  2.1 顶管施工工艺及设备介绍  15-16
  2.2 顶管施工中的顶推力研究  16-17
    2.2.1 顶力计算的理论和经验公式  16
    2.2.2 影响顶力的各种因素  16-17
  2.3 顶管机研制过程中的顶力计算  17-18
  2.4 顶管机的关键系统设计分析  18-22
    2.4.1 顶管机设计的基本要求  18-19
    2.4.2 动力系统组成及结构形式  19
    2.4.3 刀盘切削机构结构形式  19-20
    2.4.4 主轴密封系统  20-21
    2.4.5 液压纠偏系统设计计算  21-22
  2.5 本章小结  22-23
3 DK3600土压平衡顶管掘进机的研制方案  23-36
  3.1 引言  23
  3.2 总体方案确定  23-27
  3.3 主要结构部件  27-35
    3.3.1 刀盘及刀盘密封  28
    3.3.2 刀盘驱动系统  28-30
    3.3.3 注泥(水)系统  30-31
    3.3.4 前后壳体  31
    3.3.5 绞龙(螺旋输送机)  31
    3.3.6 液压纠偏系统  31-32
    3.3.7 测量系统  32-33
    3.3.8 电气操纵系统  33-35
  3.4 本章小结  35-36
4 DK3600土压平衡顶管掘进机主要技术参数的设计计算  36-53
  4.1 顶管机结构尺寸的确定  36-38
    4.1.1 顶管机壳体厚度δ  36-37
    4.1.2 顶管机机头的外径D  37
    4.1.3 顶管机机头的长度L  37-38
  4.2 顶管机挖掘工作装置参数的计算  38-45
    4.2.1 刀盘转矩T  38
    4.2.2 刀盘转速n_c  38-39
    4.2.3 刀盘驱动电机功率P  39
    4.2.4 总传动比i  39
    4.2.5 中心主轴的计算  39-41
    4.2.6 圆柱齿轮传动的设计计算  41-44
    4.2.7 滚动轴承的动载荷与寿命的计算  44-45
  4.3 螺旋输送机的计算  45-48
    4.3.1 螺旋直径计算  45-46
    4.3.2 最大允许螺旋转速  46
    4.3.3 螺旋输送器驱动功率  46-48
    4.3.4 螺旋输送机电机、减速机的选择  48
  4.4 纠偏液压系统的计算  48-52
    4.4.1 纠偏力的计算  48-50
    4.4.2 纠偏油缸的计算  50-51
    4.4.3 纠偏系统液压油泵的计算  51
    4.4.4 液压泵驱动功率的计算与电动机的选择  51-52
  4.5 本章小结  52-53
5 DK3600土压平衡顶管掘进机的制造  53-60
  5.1 DK3600土压平衡顶管机总体技术性能参数  53-54
  5.2 顶管机制作装配过程  54-58
    5.2.1 壳体制作及装配  54-55
    5.2.2 动力驱动装置制作  55-56
    5.2.3 液压系统制作装配  56-57
    5.2.4 电气系统制作装配  57-58
  5.3 主要特点及创新点  58-59
    5.3.1 DK3600土压平衡顶管机的主要特点  58-59
    5.3.2 DK3600土压平衡顶管机的创新点  59
  5.4 本章小结  59-60
6 结论与展望  60-62
  6.1 结论  60
  6.2 尚待进一步研究的问题和展望  60-62
致谢  62-63
参考文献  63-65
附录:攻读硕士学位期间发表的论文  65

大口径顶管掘进机研制及其关键技术研究

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