強沖擊載荷下TBM盤形滾刀動態(tài)特性及新結構研究.pdf

1、進入21世紀以來，世界各國對地下空間的開發(fā)利用的需求急劇增加，TBM（全斷面巖石掘進機）以其先進的設計理念、快速的掘進速度、優(yōu)良的施工效果、安全的工作條件，迅速占領地下工程建筑市場。盤形滾刀作為全斷面巖石掘進機刀盤的核心部件，直接與巖石接觸受到強大的沖擊和振動，成為TBM最易損壞的零部件，其失效將直接影響整個掘進主機的掘進效率和施工成本。因此從設計角度出發(fā)對滾刀的振動特性進行研究并在傳統(tǒng)滾刀結構基礎上設計具有良好抗振性的新型滾刀具有十分

2、重要的工程意義，這也是行業(yè)內對于盤型滾刀設計重點關注的新方向之一。本論文來源于該973項目中的子課題二“硬巖刀盤系統(tǒng)動力學行為與設計理論”。
　　論文的主要內容如下所述:
　　(1)根據滾刀破巖特性，建立了考慮巖石本構、滾刀布局和掘進參數的滾刀時間載荷歷程的仿真方法。通過Ansys/Ls-dyna的仿真分析得到中心、正和邊滾刀的時間載荷歷程，分別對其進行時域和頻域分析，進而得到滾刀破巖規(guī)律，為滾刀系統(tǒng)動力學研究提供載荷激勵。

3、
　　(2)基于滾刀軸承接觸模型，采用集中質量法建立滾刀系統(tǒng)的彎-軸-擺耦合動力學模型，模型中考慮時變非線性軸承接觸載荷、支撐剛度、阻尼等因素，通過分析各構件之間的相對位移關系，建立振動微分方程，并對其中的相關參數進行分析計算。
　　(3)通過對固有特性的分析可得滾刀系統(tǒng)的各階固有頻率及其對應的振動型態(tài)。進一步研究和分析振動系統(tǒng)在內、外部激勵共同作用下的動態(tài)響應以及側向載荷系數對滾刀耦合動力學系統(tǒng)動態(tài)響應的影響規(guī)律。

4、　　(4)通過系統(tǒng)動力學模型和軸承接觸模型得到滾刀軸承動態(tài)響應以及滾子時變載荷歷程，進而計算滾刀軸承接觸疲勞壽命;同時基于滾子載荷對滾刀軸承進行修型設計，消除了滾子滾道接觸邊緣應力集中，改善軸承滾子載荷分布，提高軸承接觸疲勞壽命。
　　(5)在傳統(tǒng)滾刀系統(tǒng)動態(tài)特性研究和滾刀結構基礎上，以提高滾刀抗振性、降低滾刀部件振動損傷為目的，建立一種新型滾刀結構設計方法。然后分別從結構設計、裝配和性能評價對新型滾刀進行研究，為新型滾刀的設計生