盾构机保险轴的疲劳特性研究.pdf

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyontheFatiguePropertiesofShieldMachineFuseShaftByChunhuLuoSupervisor：Prof．ChengLiMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringMay2012学位论文使用授权声明fIIIIIIIIIIIIIIIIJY2102671独立进行研何其他个人的个人和集多月以日本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学

2、有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：Vj日期：砂，z年箩YJ咖摘要随着国民经济及社会建设的快速发展，盾构机在隧道建设中得到了广泛的应用。保险轴作为盾构机驱动系统中的核心部件，它不仅传递动力，而且还有过载保护的作用。但是，在施工的过程中保险轴

3、的断裂事故则时常发生，严重影响着施工进度，浪费大量的人力、物力，制约着我国盾构机的发展，给盾构机的适应性研究带来了瓶颈。通过对实际工况下断裂保险轴的断口的观察与分析，得出花键保险轴的断裂性质为疲劳断裂，认为变频电机不同步、反复脱困、多次静启动、地质条件的变化及回转系统弯扭耦合等是造成保险轴疲劳断裂的原因。介绍了疲劳强度的相关理论，提出了以ANSYSWorkbench为计算工具，雨流计数法为随机载荷计数方法，古德曼直线为平均应力修正理论，帕姆格伦．迈因纳(Palmgren．Miner)理论为疲劳累积损伤理论的疲劳强度研究方法。计算分析了静启动、变频电机不同步、堵转脱困、典型地质的随

4、机载荷工况下保险轴的疲劳寿命，并得出不同工况下保险轴的安全系数、寿命、损伤等随载荷幅值的变化曲线。结果显示：静启动工况下保险轴为无限寿命；堵转脱困工况对保险轴的寿命有较大的影响，是施工过程中保险轴断裂的主要原因，要严格控制堵转脱困的次数和载荷的幅值；堵转脱困工况下，变频电机不同步将大大降低保险轴的疲劳寿命，造成保险轴的疲劳断裂；保险轴在典型复合地层的随机载荷作用下均为无限寿命，盾构机在正常掘进过程中所受的随机载荷不是保险轴疲劳断裂的主要原因。研究结果对保险轴的设计及现场施工提供了直接的参考，对盾构机的国产化及提高我国装备制造业的整体水平具有重大的意义。关键词：盾构机；保险轴；AN

5、SYSWorkbench；随机载荷；疲劳强度AbstractWitlltherapiddevelopmentofnationaleconomyandsocialconstruction,shieldmachinestepintoa、析derangeofapplicationsinthetunnelconstruction．Asacorecomponentinthetransmissionsystemofshieldmachine，fuseshaftnotonlyhastheabilitytotransferpower,butalsohasoverloadprotectionfun

6、ction．Thebrokenaccidentoffuseshaftoftenhappensintheprocessofconstruction,whichnotsimplyinfluencestheconstructionscheduleseriously,butalsoleadstothemassivewasteofmanpowerandmaterialresources，hinderingthedevelopmentofshieldmachine，andbringshieldmachinethebottleneckofitsadaptabilityresearch．Thro

7、ughtheobservationandanalysisonthefracturesofthefuseshaftsintheactualworkingcondition，itisconcludedthatthesplinefuseshaftisfatiguefracture．nleout—syncofvariablefrequencymotor，therepeatingbailingout，thefrequentdeadstart,thechangeofgeologicalcon