【摘 要】
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盾构掘进机是一种绿色、高效、安全的隧道掘进装备,具有十分广阔的市场前景。主轴承作为盾构机刀盘驱动系统的关键部件之一,其承载能力与使用寿命关系着工程施工进度。据统计,主轴承在使用过程中未达到设计寿命就提前损坏的高达95%,只有5%能够达到设计要求。由于主轴承长时间处于复合载荷和冲击载荷的工况下运行,同时润滑不良、杂质入侵、使用不当等诸多因素的影响,导致主轴承出现某些损伤形式。一旦在施工过程中主轴承发
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盾构掘进机是一种绿色、高效、安全的隧道掘进装备,具有十分广阔的市场前景。主轴承作为盾构机刀盘驱动系统的关键部件之一,其承载能力与使用寿命关系着工程施工进度。据统计,主轴承在使用过程中未达到设计寿命就提前损坏的高达95%,只有5%能够达到设计要求。由于主轴承长时间处于复合载荷和冲击载荷的工况下运行,同时润滑不良、杂质入侵、使用不当等诸多因素的影响,导致主轴承出现某些损伤形式。一旦在施工过程中主轴承发生损坏导致盾构机停机,洞内更换主轴承难度大、周期长、耽误工程进度,将会造成巨大经济损失以及负面影响。为保证盾构机能够安全稳定的运行,研究盾构主轴承存在损伤运行时产生的信号与其损伤形式之间的关系,这将对实现盾构主轴承的状态监测及故障预警具有重要理论及工程指导意义。本文对主轴承的运行工况进行研究,基于缩比试验原理,确定试验台的主要技术参数。基于试验台技术参数,开展机械结构设计、有限元分析、控制系统及液压加载系统设计等工作。最后完成试验台的组装与调试。论文的主要研究内容与结果如下:1.以土压平衡盾构机为参照对象,结合主轴承的安装形式,分析主轴承的受力情况。运用缩比试验理论,计算出了试验台的主要技术参数。基于主轴承受力分析、试验台技术参数提出了试验台总体设计方案和模拟工况的设置。运用三维建模软件SOLIDWORKS完成了试验台机械结构的设计、建模和装配。2.根据试验台总体设计方案,完成待测主轴承、电机、减速机选型;通过理论计算校核试验台主驱动轴,计算结果表明主驱动轴满足设计要求;设计试验台各加载装置,以满足模拟工况的要求。3.利用有限元软件ABAQUS对原型机主轴承和待测主轴承受载后内部应力变形情况进行分析,以确定试验台的模拟效果。结果表明原型机主轴承和待测主轴承内部产生应力变形的位置与趋势基本相同,试验台能够较好的模拟主轴承受载情况。对主轴承固定座和加载盘进行强度校核,分析结果显示其结构强度满足设计要求。考虑试验台运行时,电机振动等外部载荷对主体结构的影响,对试验台主体结构进行了动力学计算,为试验台的安全运行提出相应的措施。4.设计试验台的控制系统与液压加载系统。根据试验要求,对控制系统硬件进行了选型,设计了试验台的主电路图和控制电路图。基于Lab VIEW软件编写了控制程序,主要包括压力传感器数据的采集;控制变频器的上电和断电;控制主电机的启停、运转速度和运转方向;控制油泵电机的启停和运转速度;控制液压缸加载和卸载等。根据试验需求以及模拟载荷的大小,进行了液压站选型,确定了液压缸型号。5.完成试验台各自制零部件的加工和装配,同时将控制系统和液压加载系统与试验台机械结构联接并进行调试。调试结果表明:试验台运行稳定,安全可靠,满足各项设计指标。
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