徐光億， 肖 威， 趙 飛， 齊志沖， 呂 旦， 趙子輝

(中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司， 河南 鄭州 450016)

0 引言

城市地下空間的開發(fā)利用已成為當(dāng)今世界發(fā)展的趨勢(shì)，并成為衡量城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。隨著城市化的快速發(fā)展，城市可用面積越來越少。因此，開發(fā)和利用地下空間資源，修建與城市發(fā)展相適應(yīng)的地下停車場(chǎng)、市政給排水管網(wǎng)、地下倉(cāng)儲(chǔ)等基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)城市的建設(shè)與發(fā)展具有重要意義[1]。因此對(duì)應(yīng)的施工裝備——豎井掘進(jìn)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

在豎井掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展過程中，已有學(xué)者對(duì)其施工工藝、掘進(jìn)裝備未來發(fā)展、設(shè)備研究等方面進(jìn)行了探索研究。劉志強(qiáng)等[2]對(duì)千米級(jí)豎井全斷面科學(xué)鉆進(jìn)裝備與關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析與研究。賈連輝等[3]提出全斷面豎井掘進(jìn)機(jī)上排渣技術(shù)，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究與試驗(yàn)。王鵬越[4]和楊仁樹等[5]結(jié)合立井鑿井技術(shù)及施工裝備的歷史發(fā)展，對(duì)豎井掘進(jìn)裝備的發(fā)展進(jìn)行了探討。劉志強(qiáng)[6]和荊國(guó)業(yè)等[7]分別介紹了利用導(dǎo)孔排渣的機(jī)械破巖豎井掘進(jìn)機(jī)鑿井工藝，并對(duì)掘進(jìn)裝備進(jìn)行了論述?，F(xiàn)有的研究多集中在設(shè)備的施工工藝、未來發(fā)展等方面，而關(guān)于設(shè)備本身的研究相對(duì)較少。

本文基于工業(yè)試驗(yàn)研發(fā)了一種新型豎井裝備——沉井潛入式豎井掘進(jìn)機(jī)，介紹了設(shè)備的應(yīng)用工況、結(jié)構(gòu)組成與工作原理；分析了設(shè)備工作裝置受力特性，并對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；基于有限元分析方法和虛擬樣機(jī)技術(shù)，對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了強(qiáng)度分析和動(dòng)態(tài)仿真模擬。

1 依托試驗(yàn)項(xiàng)目

本項(xiàng)目依托于廠內(nèi)工業(yè)試驗(yàn)?zāi)M現(xiàn)場(chǎng)工況。為更真實(shí)的模擬豎井掘進(jìn)機(jī)的工況，建立了試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行開挖試驗(yàn)。試驗(yàn)項(xiàng)目可以模擬真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)豎井施工情況。試驗(yàn)采用基坑(井)內(nèi)組裝始發(fā)，為減小豎井深度，降低豎井建造難度，豎井試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)為地面始發(fā)，利用組裝工裝作為設(shè)備始發(fā)鋼結(jié)構(gòu)，進(jìn)行設(shè)備始發(fā)掘進(jìn)?；映叽鐬樯喜恐睆?.95 m，深6 m，可以供掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行開挖試驗(yàn)。圖1為試驗(yàn)基坑(井)和設(shè)備始發(fā)現(xiàn)場(chǎng)照片。

樣機(jī)工業(yè)性試驗(yàn)開挖介質(zhì)為C30混凝土，開挖深度為0.5 m，試驗(yàn)切削效率約為30 m3/h。采用抓斗形式出渣，出渣效率約為40 m3/h。該豎井掘進(jìn)機(jī)較好地完成了工業(yè)試驗(yàn)，成井精度控制在1‰以內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期效果。

(a) 試驗(yàn)基坑(井)

(b) 試驗(yàn)整機(jī)組裝

2 結(jié)構(gòu)組成及工作原理

沉井潛入式豎井掘進(jìn)機(jī)是結(jié)合沉井工法的一種新型豎井掘進(jìn)機(jī)，主要應(yīng)用于城市給排水豎井設(shè)施建設(shè)，地下停車場(chǎng)、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施建設(shè)，盾構(gòu)始發(fā)井建設(shè)等領(lǐng)域，該設(shè)備是具有高安全性、集成化、機(jī)械化等特點(diǎn)的一種新型豎井施工設(shè)備。

沉井潛入式豎井掘進(jìn)機(jī)由動(dòng)力系統(tǒng)、開挖系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、管片拼裝系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、糾偏系統(tǒng)等組成。主機(jī)結(jié)構(gòu)主要由支撐裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、回轉(zhuǎn)裝置、伸縮油缸、工作臂、截割臂、截割滾筒等組成。

動(dòng)力系統(tǒng)包括2部分： 1)由馬達(dá)提供開挖裝置的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 2)由截割臂上的電機(jī)提供截割滾筒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

開挖系統(tǒng)創(chuàng)新性采用縱軸結(jié)構(gòu)的截割滾筒設(shè)計(jì)，主要由截割破巖(土)滾筒、截割電機(jī)及其他輔助零部件等組成，工作原理是截割電機(jī)驅(qū)動(dòng)截割滾筒旋轉(zhuǎn)進(jìn)行截割破巖工作。

其開挖軌跡從以下方面進(jìn)行分析。

1)沿掘進(jìn)方向的開挖軌跡分析。在截割滾筒開挖的過程中分為截割運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，分別如圖2和圖3所示。其截割滾筒繞自身軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也在沿截割臂軸線方向推進(jìn)，因此截割滾筒的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧螺旋線，如圖4所示。

v為速度； n為轉(zhuǎn)速。下同。

圖3 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)示意圖

圖4 圓弧螺旋線軌跡示意圖

2)沿圓周擺動(dòng)方向的開挖軌跡分析。當(dāng)沿圓周方向擺動(dòng)時(shí)，同時(shí)伴隨著截割滾筒自身的旋轉(zhuǎn)，因此截割滾筒的運(yùn)動(dòng)軌跡為沿圓周方向的圓弧螺旋線，圖5為其中一段的圓周方向軌跡示意圖。

3)最終形成的開挖輪廓。通過截割滾筒自身的旋轉(zhuǎn)并通過伸縮油缸將其移動(dòng)到某一基準(zhǔn)位置進(jìn)行定位，以定位基準(zhǔn)位置依次向外進(jìn)行回轉(zhuǎn)開挖，達(dá)到所需的開挖輪廓。以開挖直徑8 m為例，主機(jī)旋轉(zhuǎn)共7圈，主機(jī)旋轉(zhuǎn)依次向外進(jìn)行開挖形成，開挖輪廓如圖6所示。

ω為角速度。

圖6 主機(jī)旋轉(zhuǎn)形成的開挖輪廓

推進(jìn)系統(tǒng)基于滑箱軌道移動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式設(shè)計(jì)理念，創(chuàng)新性采用支腿與滑道形式來實(shí)現(xiàn)上下行程的移動(dòng)。向下推進(jìn)依靠推進(jìn)油缸的伸出和預(yù)制管片的下沉來保證。

出渣系統(tǒng)可根據(jù)不同的地質(zhì)條件采用不同的出渣方式。針對(duì)無水、少水地層，設(shè)備采用抓斗出渣的方式；針對(duì)富含地下水的工程采用泥漿出渣。

管節(jié)拼裝系統(tǒng)由龍門架、管節(jié)吊機(jī)、吊機(jī)軌道等組成；控制系統(tǒng)由液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成，利用其控制系統(tǒng)融合動(dòng)態(tài)感知模擬技術(shù)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制；糾偏導(dǎo)向系統(tǒng)由糾偏導(dǎo)向儀和加壓裝置兩者協(xié)同進(jìn)行控制。主機(jī)主要結(jié)構(gòu)組成示意如圖7所示。

該沉井潛入式豎井掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)小巧靈活，對(duì)地層及地面環(huán)境的擾動(dòng)小，豎井?dāng)嗝娉叽绾托螤羁勺儯h(yuǎn)程控制和操作，模塊化設(shè)計(jì)可根據(jù)需求進(jìn)行靈活選配和定制。

3 掘進(jìn)機(jī)的力學(xué)特性分析

沉井潛入式豎井掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過程中會(huì)伴隨著預(yù)制管片或現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)管片的拼裝來支撐井壁，設(shè)備的土壓力靠管片來承受，因此在計(jì)算掘進(jìn)機(jī)的受力時(shí)，無需考慮來自井壁土壓力的作用，只需計(jì)算設(shè)備掘進(jìn)過程中的受力即可。

在設(shè)備開挖過程中，工作裝置產(chǎn)生軸向進(jìn)給力F軸向力、圓周回轉(zhuǎn)力F周向力、自身重力G1。設(shè)備受力示意如圖8所示，主要受到的力(考慮開挖位置在極限位置處)為截割滾筒壓力所產(chǎn)生的反力矩、截割滾筒軸向進(jìn)給力引起的傾覆力矩[8]。

圖7 主機(jī)主要結(jié)構(gòu)組成示意圖

圖8 設(shè)備受力示意圖

截割滾筒壓力所產(chǎn)生的反力矩(逆時(shí)針方向)

M1=F周向力×l。

(1)

截割滾筒軸向進(jìn)給力引起的傾覆力矩

M2=F軸向力×l。

(2)

中部回轉(zhuǎn)裝置受到的軸向力

F1=G1+F周向力×sinθ。

(3)

式(1)—(3)中：M1為截割滾筒壓力所產(chǎn)生的反力矩；M2為截割滾筒軸向進(jìn)給力引起的傾覆力矩；G1為設(shè)備自身重力；F1為回轉(zhuǎn)支承受到的軸向力；θ為F周向力與水平方向的夾角；L為開挖裝置與設(shè)備重心位置的直線距離。

4 工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型構(gòu)建與分析

根據(jù)掘進(jìn)機(jī)實(shí)際工作過程中工作裝置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，建立其工作裝置的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化模型，如圖9所示。 伸縮油缸活塞桿的伸出和收回會(huì)引起工作臂空間轉(zhuǎn)角的變化。OA為固定臂，OB為轉(zhuǎn)動(dòng)臂，BC為截割頭部，v1為油缸伸縮的速度方向，v2為設(shè)備掘進(jìn)速度方向。

θ為轉(zhuǎn)動(dòng)臂OB與固定臂OA的夾角，(°)； α為轉(zhuǎn)動(dòng)臂OB與前進(jìn)速度的夾角，(°)； a為固定臂OA的長(zhǎng)度，mm； b為轉(zhuǎn)動(dòng)臂OB的長(zhǎng)度，mm； l為液壓缸伸出的長(zhǎng)度，mm; 下同。

由圖9，可得：

(4)

θmin=αmin+β(β=90°) 。

(5)

(6)

(7)

(8)

以O(shè)點(diǎn)豎直向下位置為界線，以當(dāng)前位置OB轉(zhuǎn)動(dòng)臂依靠油缸收縮向中間豎直位置擺動(dòng)的工況可得：

(9)

以O(shè)點(diǎn)豎直向下位置為界線，以當(dāng)前位置OB轉(zhuǎn)動(dòng)臂依靠油缸收縮從中間豎直位置向右側(cè)擺動(dòng)的工況可得：

(10)

以截割臂為研究對(duì)象，通過截割臂中心點(diǎn)的位置坐標(biāo)[x,y]以及截割臂的姿態(tài)角α可以確定截割臂的空間狀態(tài)，用矢量[xyα]T表示。

1)以當(dāng)前OB截割臂的活動(dòng)范圍在X軸豎直位置的左側(cè)范圍擺動(dòng)的工況1進(jìn)行分析。

在設(shè)備掘進(jìn)的過程中，為了便于研究，假設(shè)液壓缸活塞桿直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度和下沉掘進(jìn)速度是恒定的，分別為v1和v2。將大地視為定坐標(biāo)系XOY，將該機(jī)構(gòu)視為動(dòng)坐標(biāo)系(以轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，掘進(jìn)方向?yàn)閄軸，與掘進(jìn)方向垂直的方向?yàn)閅軸)，如圖10所示。

圖10 運(yùn)動(dòng)工況1空間姿態(tài)簡(jiǎn)圖

截割臂參考點(diǎn)的位移矢量為EE1，參考點(diǎn)位置E1坐標(biāo)可以表示為：

(11)

式中：h1表示掘進(jìn)機(jī)向下掘進(jìn)的深度，mm；c表示截割滾筒參考點(diǎn)E到轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)O的距離，mm；θ1表示該空間任意狀態(tài)下工作臂OB與固定臂OA的夾角。

截割臂在伸縮油缸伸出階段的姿態(tài)空間狀態(tài)可以表示為：

EE1[]T=[x1y1α1]T

=[h1+c·sinθ1-c·cosθ1θ1-β]T。

(12)

同理，截割臂在油缸伸出階段狀態(tài)的基礎(chǔ)上繼續(xù)向下掘進(jìn)深度h2，油缸保持狀態(tài)下的姿態(tài)空間狀態(tài)可以表示為：

E1E2[]T=[x2y2α2]T

=[h1+h2+c·sinθ2-c·cosθ2θ2-β]T。

(13)

同理，截割臂在油缸保持狀態(tài)下的基礎(chǔ)上繼續(xù)向下掘進(jìn)深度h3，油缸收回狀態(tài)下的姿態(tài)空間狀態(tài)可以表示為：

E2E3[]T=[x3y3α3]T

=[h1+h2+h3+c·sinθ3-c·cosθ3θ3-β]T。

(14)

2)以當(dāng)前OB截割臂在X軸正中豎直位置向下掘進(jìn)的工況2進(jìn)行分析，如圖11所示。

圖11 運(yùn)動(dòng)工況2空間姿態(tài)簡(jiǎn)圖

截割臂姿態(tài)空間狀態(tài)可以表示為：

EE1[]T=[x1y1α1]T=[h1+c0β]T。

(15)

3)以當(dāng)前OB截割臂的活動(dòng)范圍在X軸豎直位置的右側(cè)范圍擺動(dòng)的工況3進(jìn)行分析，如圖12所示。

圖12 運(yùn)動(dòng)工況3空間姿態(tài)簡(jiǎn)圖

(16)

截割臂在油缸伸出階段的姿態(tài)空間狀態(tài)可以表示為：

EE1[]T=[x1y1α1]T=[h1+c·sinθ1c·cosθ1β-θ1]T。

(17)

同理，截割臂在油缸伸出階段狀態(tài)的基礎(chǔ)上繼續(xù)向下掘進(jìn)深度h2，油缸保持狀態(tài)下的姿態(tài)空間狀態(tài)可以表示為：

E1E2[]T=[x2y2α2]T

=[h1+h2+c·sinθ2c·cosθ2β-θ2]T。

(18)

同理，截割臂在油缸保持狀態(tài)下的基礎(chǔ)上繼續(xù)向下掘進(jìn)深度h3，截割臂在油缸收回狀態(tài)下的姿態(tài)空間狀態(tài)可以表示為：

E2E3[]T=[x3y3α3]T

=[h1+h2+h3+c·sinθ3c·cosθ3β-θ3]T。

(19)

5 設(shè)備關(guān)鍵部件的有限元分析

5.1 工作臂有限元分析

工作臂作為整機(jī)主要的運(yùn)動(dòng)與支撐零部件，是連接回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及截割滾筒的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，在實(shí)際工作過程中工作臂的受力情況對(duì)于整機(jī)的可靠性至關(guān)重要，因此需要對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析。

5.1.1 有限元模型的建立

在不影響精度的前提下，建立計(jì)算模型時(shí)，應(yīng)簡(jiǎn)化模型結(jié)構(gòu)，以提高運(yùn)算速度。為此，對(duì)模型進(jìn)行幾何修改，將模型上的非倒角結(jié)構(gòu)和圓角以直角代替，然后進(jìn)行網(wǎng)格劃分[9-10]。采用有限元法對(duì)工作臂三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖13所示。采用四面體網(wǎng)格，劃分網(wǎng)格單元數(shù)量95 594，節(jié)點(diǎn)數(shù)量177 080。采用四面體結(jié)構(gòu)單元和線彈性材料模型，在網(wǎng)格劃分前先賦予結(jié)構(gòu)材料屬性，定義材料的彈性模量為206×103MPa，泊松比為0.3。

5.1.2 材料的設(shè)置與參數(shù)

結(jié)構(gòu)采用Q345B焊接而成，其材料參數(shù)見表1。

5.1.3 載荷與邊界條件

根據(jù)受力情況，在上部連接位置處與側(cè)部伸縮油缸連接固定位置處施加固定約束，與下部截割臂連接端面的位置施加600 kN·m的力矩，并添加重力約束。工作臂施加邊界條件如圖14所示。

圖13 工作臂三維模型網(wǎng)格劃分

表1 材料參數(shù)表

圖14 工作臂邊界條件

5.1.4 應(yīng)力分析

圖15為工作臂應(yīng)力云圖。從圖15分析結(jié)果可知，工作臂大部分區(qū)域的應(yīng)力在150 MPa以下，局部會(huì)由于三維模型繪制的結(jié)構(gòu)尖角以及尖角過渡處出現(xiàn)應(yīng)力集中導(dǎo)致應(yīng)力值變大。在由于計(jì)算簡(jiǎn)化引起的應(yīng)力值變大的位置，可以采用較大直徑圓角過渡處理，這樣可大大降低這些位置的應(yīng)力值[9]。因此工作臂結(jié)構(gòu)整體受力狀況較好，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖15 工作臂應(yīng)力云圖(單位： MPa)

5.2 回轉(zhuǎn)裝置有限元分析

回轉(zhuǎn)裝置是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，回轉(zhuǎn)裝置是連接驅(qū)動(dòng)裝置與開挖裝置的載體，其受力情況相對(duì)較差，因此需要對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析。

5.2.1 有限元模型的建立

網(wǎng)格劃分如圖16所示，采用四面體網(wǎng)格，劃分網(wǎng)格單元數(shù)量95 594，節(jié)點(diǎn)數(shù)量177 080。采用四面體結(jié)構(gòu)單元和線彈性材料模型，在網(wǎng)格劃分前先賦予結(jié)構(gòu)材料屬性，定義材料的彈性模量為206×103MPa，泊松比為0.3。

圖16 回轉(zhuǎn)裝置三維模型網(wǎng)格劃分

5.2.2 載荷與邊界條件

回轉(zhuǎn)裝置約束與加載情況如圖17所示。在上部法蘭連接端面位置處做固定約束處理；在底部端面及圓周面處施加回轉(zhuǎn)力矩和傾覆力矩；施加斜向力；添加重力。

圖17 回轉(zhuǎn)裝置約束與加載情況

5.2.3 應(yīng)力分析

圖18為回轉(zhuǎn)裝置應(yīng)力云圖。從圖18分析結(jié)果可知： 回轉(zhuǎn)裝置的應(yīng)力在110 MPa以下，結(jié)構(gòu)的整體受力狀況較好，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖18 回轉(zhuǎn)裝置應(yīng)力云圖(單位： MPa)

6 工作裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析

對(duì)工作裝置進(jìn)行三維建模并簡(jiǎn)化，然后把模型導(dǎo)入仿真軟件中建立虛擬樣機(jī)模型，并進(jìn)行模型定義與各種約束、驅(qū)動(dòng)和力的添加，具體包括以下部件的定義： 2個(gè)球鉸副、5個(gè)旋轉(zhuǎn)副、2個(gè)移動(dòng)副、5個(gè)固定副、1 個(gè)齒輪副、2個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)、1個(gè)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和1個(gè)結(jié)構(gòu)重力[11-13]。

工作裝置的運(yùn)動(dòng)形式有2種： 1)上部驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行工作裝置的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 2)伸縮油缸的伸縮帶動(dòng)工作臂及截割滾筒的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

6.1 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

以回轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)為主，設(shè)置時(shí)間為35 s，設(shè)其驅(qū)動(dòng)函數(shù)為：

STEP(time,0, 0, 5, 190 d)+STEP(time, 5, 0, 15, -190 d)+STEP(time, 15, 0, 25, -190 d)+STEP(time, 25, 0, 35, 190 d)，根據(jù)函數(shù)設(shè)置進(jìn)行仿真分析。

回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與工作臂質(zhì)心運(yùn)動(dòng)曲線如圖19所示?？梢钥闯鲈?～5 s其速度曲線波動(dòng)較大，其余時(shí)間運(yùn)動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)。整個(gè)位移曲線呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，符合實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。

圖19 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與工作臂質(zhì)心運(yùn)動(dòng)曲線

工作臂與回轉(zhuǎn)裝置連接處的受力曲線如圖20所示，可以看出其受力曲線呈現(xiàn)規(guī)律性變化，0～15 s為1個(gè)周期循環(huán)變化，其受力最大值為300 kN。

圖20 工作臂與回轉(zhuǎn)裝置連接處受力曲線

6.2 擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)

以伸縮油缸伸縮為主，設(shè)置時(shí)間為80 s，設(shè)其驅(qū)動(dòng)函數(shù)為：

STEP(time, 0, 0, 10, 500)+STEP(time, 10, 0, 20, -500)+STEP(time, 20, 0, 30, -500)+STEP(time,30,0,40, 500)

擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)與工作臂質(zhì)心運(yùn)動(dòng)曲線如圖21所示，可以看出其位移曲線隨著油缸的伸縮運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)規(guī)律性變化；其速度曲線在油缸伸出與收縮的轉(zhuǎn)換點(diǎn)出現(xiàn)尖峰，其余時(shí)間速度相對(duì)平穩(wěn)。

工作臂與回轉(zhuǎn)裝置連接處的受力曲線如圖22所示，可以看出其受力曲線呈現(xiàn)規(guī)律性變化，最大值為580 kN，最小值為220 kN。

圖21 擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)與工作臂質(zhì)心運(yùn)動(dòng)曲線

圖22 工作臂與回轉(zhuǎn)裝置連接處受力曲線

7 結(jié)論與討論

本文建立了沉井潛入式豎井掘進(jìn)機(jī)的力學(xué)模型，基于力學(xué)模型對(duì)掘進(jìn)機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置、工作臂進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，驗(yàn)證了其在強(qiáng)度和剛度方面設(shè)計(jì)的合理性。以工作裝置為研究對(duì)象，基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型對(duì)工作裝置進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)理論分析?；谔摂M樣機(jī)技術(shù)，在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)2種運(yùn)動(dòng)形式下，對(duì)其工作臂以及連接位置處進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)研究和動(dòng)力學(xué)研究。

在設(shè)備掘進(jìn)過程中，整機(jī)的自動(dòng)化作業(yè)可大大提高施工效率，整機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)、安裝與吊裝作業(yè)的方便快捷也可大大提高作業(yè)效率，從而降低設(shè)備制造以及施工成本。因此，整機(jī)零部件的輕量化設(shè)計(jì)研究以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度可作為接下來的探索方向。