根据盾构机滚刀刀箱的受力特点,利用有限元分析软件对等效应力、最大变形量及最大应力进行仿真分析,根据仿真结果,刀箱最大等效应力为38 MPa,最大变形量为0.0273 mm,安全系数为8.3,现有刀箱结构及材料能够满足施工的需要。根据分析结果对刀箱结构进行了优化,并利用有限元分析软件对优化后的刀箱进行受力分析,结果显示,优化后的刀箱最大等效应力为33 MPa,最大变形量为0.0166 mm,安全系数为9.55;优化前后刀箱最大等效应力降低了13.2%,最大变形量减少了39.2%,安全系数增加了15.1%,刀箱结构质量减少了8.6%,优化后的刀箱有利于保证整个盾构机的稳定运行。

根据盾构机刀盘受力特点,利用有限元分析软件对不同工况下改造前与改造后的刀盘等效应力及等效变形进行仿真分析,根据仿真结果,在不同工况下,改造前与改造后刀盘最大等效应力均出现在刀盘支撑与刀盘面板焊接位置,在额定转矩下刀盘改造后等效应力增加了40 MPa,增加率为16%,等效变形增加了1.33 mm,增加率为27.1%;在脱困转矩下等效应力增加了35 MPa,增加率为13%,等效变形增加了1.36 mm,增加率为26.1%;根据仿真结果,刀盘扩径改造后强度及刚度均满足使用要求。

利用有限元分析的方法分别对改造前、改造后的盾构机刀盘进行强度分析,根据分析结果,改造前刀盘最大等效应力为147.97 MPa,最大变形为1.76 mm;改造后刀盘最大等效应力为150.79 MPa,最大变形为1.85 mm;改造前后刀盘最大等效应力均出现在刀盘牛腿与刀盘面板结构焊接处;刀盘改造后最大等效应力增加了2.82 MPa,增加率为1.9%,最大变形增加了0.09 mm,增加率为5.1%;改造后盾构机刀盘强度及刚度均满足施工需求。

根据盾构机刀盘连接件受力特点,对四牛腿刀盘原有螺柱及定位销进行受力分析,四牛腿刀盘连接件转矩传递安全系数为2.81。根据新制六牛腿刀盘法兰孔位与主驱动输出法兰孔位相对位置关系,对新制六牛腿刀盘连接件强度进行计算分析,得到六牛腿刀盘连接件转矩传递安全系数为2.27,与原四牛腿刀盘相比,安全系数降低了19.2%,需对刀盘连接件孔位进行优化。优化后刀盘连接件转矩传递安全系数为3.81,与四牛腿刀盘相比,安全系数增加了35.6%,与优化前相比,安全系数增加了67.8%,优化后刀盘连接件强度满足使用要求。

在对目前精梳机分离罗拉传动机构进行动力学研究及机构传动分析的基础上,设计了一种新型分离罗拉传动机构变速传动装置,即利用椭圆齿轮副与曲柄摇杆机构相结合的传动方式替代现有的平面连杆机构,并利用MATLAB计算机编程技术对改进前后的分离罗拉传动机构进行运动仿真。仿真结果表明:改进后分离罗拉的运动规律能够满足分离接合的工艺要求,且改进后分离罗拉速度的最大值降低了21.59%,最小值绝对值降低了14.05%;改进后分离罗拉加速度的最大值降低了36.49%,最小值绝对值降低了40.11%,有利于降低精梳机高速时的振动及能耗。