管片拼装机托轮式支承机构的优化设计

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

现代盾构掘进机是世界上最先进的隧道掘进工程机械。它集机、电、液 、传感、信息技术于-体 ，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，已广泛用于地铁、铁路、公路 、市政、水电隧道工程。盾构管片拼装机是盾构掘进机的关键部件之-，其主要功能是，在盾构向前掘进-环后 ，按预定要求将混凝土管片拼装成环，形成衬砌，以此来支护刚开挖的隧道表面。

管片拼装机的回转支承结构可分为轴承式支承结构和托轮式支承结构。轴承式支承结构尺寸较大，工作时重载低速运行，其滚动接触面上局部磨损类故障监测比较困难。目前，轴承式支承结构的设计理沦和制造工艺都还不完善，-旦出现故障问题，不仅需要较高的维修费用，还会造成长时间的停产，严重影响了企业的生产效率提 的托轮式”支承结构，相对轴承式支承结构，支承托轮结构丰j各个独立的配件组成，便于形成独立拈。且维护方便，外形尺寸小 ，结构紧凑，运转轻便灵活。

应川 Pro/E软件完成托轮建模 ，将其导入到有限元软件ANSYS中对承受最大载荷的支承托轮进行应力分析。根据分析结果的葡J-靠性，在保证结构安缮靠运行的条件下，提高设计制造的效率，降低设计研制成本。

2支承托轮的结构支承托轮由托轮支架、端盖、滚筒、芯轴、轴承组成，如图 1所示。其中，滚轮的直径和轴的直径为 D13Omm，d6Omm，长度L20Omm，l280mm材料为45Cr。

1.托轮支架 2.端盖 3.滚筒 4.芯轴 5.轴承图 1支承托轮结构图Fig.1 Structure of Support Riding Wheel3支承托轮布置方式对盾构直径为 中3.18m的土压平衡式盾构，设计了 12个支承支架，每个布置点之间的夹角为 30。～径向支承托轮安装其上。托轮分布及受力图，如图2所示∩知，布置在下半部分的支承托轮承担了回转盘体的所有径向载荷。

来稿日期：2012-06-05作者简介：.1j I知，l l957-)，河北昌黎人，博 十：，教授，硕-M -导师，主要研究方向：机械系统动力学方面的研究38No.4机械 设 计 与制 造 Apr.2013图8托轮应变云图Fig.8 Strain Cloud Picture of Riding Wheel托轮等效应力云图，如图 6所示。从图 6可知，在托轮与回转盘体接触处出现应力集中点，但 Von-Mises应力最大值为51.781MPa远小于所选材料屈点，满足使用要求。而离盘体接触处较远的托轮外圆周表面，相应的应力应变很小，特别是与接触线对称的托轮下方，及 处，应力几乎为 0。

托轮变形云图，如图7所示。托轮应变云图，如图8所示。托轮的最大变形为0.02036mm，绝对数值较小，对结构使用无影响。

在回转盘体与托轮的接触区域即载荷作用线上，托轮向中心凹的变形比较明显，并且在托轮接触区的边缘，托轮外圆周表面出现变形拐点，这种变形规律充分解释了工作中的托轮沿外圆表为什么会出现明显的亮线这-现象。

6安装和改进措施通过有限元结构分析，在满足托轮载荷受力可靠性的条件下，为了保证工作时运动结合面的良好接触，避免受力不均匀造成盘体或托轮的过早损坏。在安装时必须使托轮的中心线与回转盘体的中心线平行。另外，转动轴与托轮架轴孔的接触面要求采用圆倒角，旧能地减少应力集中，以延长托轮的使用寿命。

7结论由以上计算分析，可得到以下结论：(1)通过托轮装置的有限元分析，可得到比理论计算更精确地分析结果。

(2)托轮外圆周表面应力在与盘体接触区域达到最大，接触区域附近，应力应变突变，容易形成变形拐点。这与实际工作中托轮的疲劳破坏多发生在此处这-现象相符。

(3)托轮外圆周表面离接触区域较远处应力应变很小，几乎为零。

(4)托轮外圆周表面的最大应力位置基本在与盘体接触处的中部 ，并且此处的应力应变状况要比端部的应力应变状况恶劣。