一种隧道挖装机挖掘装置的参数化设计研究.doc

隧道挖装机挖掘装置 绪论 1.1引言 1.2隧道挖装机 1.3隧道挖装机发展概况 1.3.1国外隧道挖装机发展概况 1.3.2国内隧道挖装机发展概况 1.4本论文的研究意义与主要内容 第二章 隧道挖装机挖掘装置 2.1隧道挖装机挖掘装置 2.1.1隧道挖装机的组成 2.1.2挖掘装置 2.2挖掘装置 2.3挖掘装置 2.3.1动臂机构 2.3.2连杆机构 2.3.3铲斗机构 2.4本章小结 第三章 隧道挖装机挖掘装置 3.1Inventor软件简介 3.1.1 Inventor概述 3.1.2 Inventor的设计功能 3.2自顶向下设计方法 3.3挖掘装置的概念草图建模 3.4挖掘装置的运动学仿真及优化 3.4.1挖掘装置的运动学仿真 3.4.2挖掘装置的铰点位置优化 3.5本章小结 第四章 隧道挖装机挖掘装置 4.1挖掘装置的三维实体建模 4.2挖掘装置的挖掘阻力计算 4.3挖掘装置的动力学仿真 4.4油缸闭锁压力设计 4.4整机稳定性的校核 4.5本章小结 第五章挖掘装置 5.1有限元法概述 5.2有限元模型的建立 5.3挖掘装置 5.4挖掘装置结构的改进及优化 5.5本章小结 第六章 结论与展望 6.1结论 6.2展望 第一章 绪论 1.1引言 为加快国民经济发展，我国积极投资基础建设，作为交通命脉之一的铁路近年来进入了大规模建设期，重点工程由东到西从南到北全面展开。虽然已经将TBM 列为大型隧道施工的重点，但钻爆法仍然是隧道施工的重要技术。实践证明，在钻爆法实施中装碴运输工序是隧洞施工中占用工期最长的工序，对整个工程进度有直接影响，为了保证施工进度，施工单位在出碴工序都配有较多的机械化出碴设备，对于单线隧道，由于空间小，快速、高效隧道挖装机得到充分的展示。与此同时，公路隧道、海底隧道的大量修建，斜井、联络通道等小断面、长距离辅助坑道数量增多；城市地下空间的开发，浅埋暗挖法的普遍实施，对隧道挖装机这样的设备也有一定的需求。因此，如果能够开发生产出可靠性高的国产隧道挖装机，对降低施工成本，促进施工企业又好又快发展具有非常重要的意义。 隧道挖装机 隧道挖装机又叫扒碴机、挖斗装载机、岩巷掘进机等。常用于铁路、公路、矿业、水利水电等的小断面隧道岩巷的挖掘装运施工。适合在空间狭窄、大型机械难以到位施工的隧道、矿洞、巷道、斜巷斜井、涵洞等进行施工。 隧道挖装机集扒、挖、装、运、卸、行走于一体，集成了行走、挖掘、采集、输送、装车、场地平整六种功能。改变了过去隧道施工的半机械化状态，将原有的间断出渣装运并大量人工协同的低速度、高安全风险、高成本状态改为高速、高安全性、低成本的全机械化施工。 隧道挖装机按挖掘装载能力分为：小型、中型和大型。隧道挖装机每小时挖装运矿石土料120立方以下属于小型挖装机，每小时挖装运矿石土料300立方以上属于大型挖装机。 隧道挖装机按动力系统分为：内燃型、电动型及内燃——电动混合动力型。小型隧道挖装机多采用内燃型或电动型，内燃型挖装机机动性好，常用于小型巷道施工，电动型挖装机常用于小型矿井，在瓦斯等环境下采用具有隔爆功能的电机进行驱动。中型和大型隧道挖装机常采用内燃——电动混合动力型，适用于各种工作环境。 隧道挖装机按走行结构形式分为；轮胎式、履带式、轨道式、履带——轨道复合式。小型隧道挖装机多采用轮胎式结构，中型和大型隧道挖装机常采用履带型，为方便地下井巷及隧道施工还专门设计有轨道式隧道挖装机，同时，为了方便大长隧道施工，大型隧道挖装机常加装轨道走行机构。 按刮板驱动形式又分为单链、单驱动和双链、双驱动两种形式。中小型隧道挖装机基本采用单链、单驱动形式，大型挖装机一般采用双链、双驱动形式。 按爬坡能力分类为普通型和大坡度型。小型隧道挖装机基本属于普通型，中型和大型隧道挖装机由于动力充沛，大部分为适应能力强的大坡度型。 1.3隧道挖装机发展概况 大型隧道挖装机作为铁路、公路隧道施工的重要设备之一，在隧道施工机械化进程中的地位越来越重要。中小型隧道挖装机在提高市政工程和矿井施工效率中也发挥着自己的积极作用。 上世纪80 年代中国中铁开始引进日本隧道挖装机，并用于南昆铁路米花岭隧道的施工，由此开始了隧道挖装机在国内隧道施工中的应用。上世纪90年代，为了提高隧道施工效率，我国利用德国无息贷款大量引进德国夏夫公司生产的隧道挖装机，从此，大型隧道挖装机在我国隧道机械化施工中开始大范围应用。 1.3.1国外隧道挖装机发展概况 发达国家隧道施工设备总体发展较早，隧道施工机械化程度高，已经形成了一条从开挖到贯通全部机械化施工的工法。隧道挖装机作为隧道施工设备的一个重要门类，技术领先于世界的国家主要有德国、日本、瑞典等。 德国较为著名的隧道挖装机机型为Schaeff公司的ITC 312-H