盾构机销轴快速拆装工装设计研究.pdf
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1、文章编号:()收稿日期:基金项目:国家重点研发计划项目()作者简介:徐涛()男湖北荆州人工程师硕士主要从事盾构及竖井掘进机机械结构方面设计研究工作:.引文格式:徐涛.盾构机销轴快速拆装工装设计研究.铁道建筑技术():.盾构机销轴快速拆装工装设计研究徐 涛(中国铁建重工集团股份有限公司 湖南长沙)摘 要:为了解决盾构机设备上油缸销轴拆装困难、耗时费力和安全隐患高的问题根据销轴结构形式和安装位置等特点现设计一套专门用于销轴拆装的工装来辅助操作人员进行快速拆装销轴 该工装结构简单重量轻强度可靠便于操作人员安装与操作解决了盾构机设备上销轴拆装难度大、安全隐患高等问题 同时对该工装进行了有限元分析并根据
2、分析结果对工装进行针对性优化得到稳定可靠的拆装工装 该工装在实际生产项目中也得以验证工装安装及搬运方便拆装销轴方便快捷可大幅提高操作人员的工作效率及安全性关键词:盾构机 销轴 工装 有限元分析中图分类号:.文献标识码:./.():.:引言随着我国经济的快速发展城市化进程的加快“城市综合征”也越来越明显为了缓解城市建筑用地紧张和交通堵塞等问题城市地下空间的合理开发利用逐渐成为焦点 地下空间建设如地铁隧道、竖井、地下停车场和排污管廊等都需要地下工程装备 李喆和邹海炎等人分别对地下工程装备和大直径竖井设备进行了研究对目前施工效率低、事故频发和机械化程度低等难题进行分析对设备发展方向提出了新的建议 金
3、加奇等为了解决加工时专用夹具的问题设计了一套工装夹具系统并通过工装模型的有限元分析结果对工装结构的参数进行调整最终表明工装具有较好的使用效果 王亚男通过对轨道车辆车体底架制造新工艺的研究通过专用工装夹具对车体底架进行正确的焊接工艺可以有效地减少因焊接产生的变形量 朱奇等通过对长臂架泵车空心销轴装配困难的问题进行研究设计出一套快速装配销轴的工装提升了工作效率和降低了劳动强度 杨戬针对大型机械设备上销轴拆装费时费力和效率低的情况研制了一套液压销轴拆卸装置通过对液压系统中参数的设置调节可以快速有效地对销轴进行拆卸且具有很强的适用性销轴安装完成后随着时间的推移销轴和铰接座销孔之间可能会产生锈蚀及变形等
4、使得销轴和铰接座之间的摩擦阻力变大导致销轴拆卸的难度加大 因此针对盾构机内销轴的拆装难题亟须研制一套专门针对销轴拆装的工具 可以极大降低高空作业安全风险降低作业人员的劳动强度和减少高空坠物损坏设备风险等铁道建筑技术 ()徐涛:盾构机销轴快速拆装工装设计研究 工装设计思路及原理.设计思路()结构简单重量轻搬运方便()材料耐用结实()工装安装方便工作稳定可靠 图 工装基本结构.工装结构组成销轴拆装工装主要由旋柄、固定板、固定板、固定板、固定板、螺杆、螺栓和若干螺母等组成如图 所示.工装工作原理利用 根螺杆一端拧入铰接座预先加工好的螺纹孔用螺母进行紧固固定板 上的 个通孔从 根螺杆的另一端穿过并往铰
5、接座方向滑入固定板 通过固定板 和螺栓与销轴相连接固定板 中心开孔与螺杆进行焊接固定板 上有 个通孔穿过 根螺杆并用螺母将其与 根螺杆连接紧固旋柄中间有螺纹孔与中心螺杆进行配合旋入并且与固定板 中心进行公差配合再用固定板 与螺栓进行限位固定通过旋柄转动带动中心螺杆沿着销轴轴线方向运动圆周 根螺杆不仅有将工装固定在铰接座上的作用还有对固定板 的导向作用固定板 沿着螺杆轴线方向移动进而带动销轴沿着轴线方向来回运动从而达到销轴的拆卸与装配目的 销轴的安装与拆卸状态如图 所示图 工装安装与拆卸状态 销轴拆除受力计算销轴和铰接座销孔配合后长时间不拆除销轴和铰接座销孔配合面会产生铁锈一般成分为、和 拆卸销
6、轴就需要沿装配面克服铁锈之间的剪切力 金属生锈后从外到内大致可以分为 层:最外层为 约占整个铁锈层厚度的 其性质为细腻有光泽、松脆、易脱落并且可以阻止销轴内部继续被氧化中间层是 和 的混合体约占整个铁锈层厚度的 与金属本体相接触的最内层是约占整个铁锈层厚度的 如图 所示图 配合面铁锈分层示意销轴和铰接座销孔之间产生锈蚀后要拆除销轴必须在外力的作用下使销轴与铰接座销孔之间的铁锈产生松动即作用在销轴上的外力需要克服铁锈之间的内力以盾构机盾体和主驱动之间的伸缩油缸销轴为例销轴直径 为 总长度 为 销轴与铰接座销孔配合面长度 为 销轴与铰接座配合面面积 计算公式为:式中:为销轴和铰接座配合面面积()为
7、销轴直径()为销轴与铰接座配合面长度()计算得知销轴与铰接座配合面面积 为.查阅资料文献得知、的内应力分别约为.、一般附着力用内应力来衡量内应力越大则附着力也越大所需要的外力也就越大 要拆卸销轴必须将销轴与铰接座销孔之间的铁锈破坏掉破坏铁锈的外力 计算公式为:式中:为破坏铁锈的外力()为铁锈之间的内应力()为铁锈生成的表面积()计算得知将销轴从铰接座销孔内拆卸的最小外力 为.螺杆选用与旋柄扭矩计算.螺杆强度校核和选用用该工装将销轴从铰接座销孔内拆卸出来实际就是利用中间螺杆带动固定板 拆卸出销轴结构薄弱位置在固定板 和中间螺杆处选用螺杆时尽量选取公称直径大的螺杆以提高工装整体的安全系数保证工装使
8、用的安全与稳定根据销轴拆卸受力计算得知破坏铁锈的最小外力 为.由机械设计手册表 螺栓的保证载荷查得而知 粗牙螺纹性能等级 级的最小拉力载荷为.所以选用螺杆时需要选取公称直径大于 的螺杆再结合将销轴从铰接座销孔内拆出所移动的距离和紧固件材料库中螺杆的常用型号铁道建筑技术 ()徐涛:盾构机销轴快速拆装工装设计研究最终选择性能等级为.级粗牙螺纹螺杆 查表得出螺杆 最小保证载荷为.旋柄扭矩计算通过工装拆卸销轴时操作人员双手旋钮旋柄带动中间的螺杆沿着轴线方向上移动进而带动销轴的拆卸与安装 查阅机械设计手册拧紧力矩计算得知 施加在旋柄上的扭矩与螺杆轴向力的关系为:式中:为施加在旋柄上的扭矩()为旋柄扭矩系
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