TBM主機多自由度耦合動力學行為及實測驗證.pdf

1、全斷面巖石掘進機(TBM)是集機、電、液、光等系統(tǒng)的工廠化流水線隧道施工裝備，具有掘進速度快、綜合效益高等優(yōu)點，可實現(xiàn)復雜地理地貌長埋深隧道的施工。主機系統(tǒng)是TBM的核心系統(tǒng)，承擔著TBM掘進過程中刀盤旋轉和主機推進的作用。其動力學性能的好壞直接決定了TBM整機的掘進效率和使用壽命。在掘進中，由于圍巖的高硬度和主機的大扭矩和推力驅動，TBM主機往往承受著來自刀盤的強沖擊突變載荷，這導致了系統(tǒng)極端惡劣的振動。因此，對TBM主機進行動力學建

2、模并分析其動態(tài)特性對于TBM減振設計具有重要的意義。
　　本文基于水平支撐的敞開式TBM主驅動結構形式，考慮各時變剛度、從刀盤到主梁支撐靴多部件的整機復雜多因素關系，建立了TBM主機系統(tǒng)多自由度耦合的非線性動力學模型。采用Ls-Dyna對滾刀破巖過程進行動態(tài)仿真，用滾刀三向載荷合成刀盤等效載荷，并利用同相同掘進參數(shù)下的實際載荷參數(shù)對計算載荷進行均值修正。以此作為動力學模型的輸入載荷。同時，搭建了一套能夠在惡劣掘進條件下準確采集TB

3、M各部位，尤其是刀盤振動數(shù)據(jù)的現(xiàn)場測試系統(tǒng)，并基于遼西北工程T6段掘進現(xiàn)場進行了振動實測。利用測試數(shù)據(jù)對動力學模型的剛度值進行修正。
　　基于實驗修正后的動力學模型，以實際結構參數(shù)輸入，計算了該模型在刀盤轉速5-6RPM，推進速度3m/h下主機系統(tǒng)的動力學特性。通過分析關鍵部件的時域和頻域響應，確定了各部位的振動均值量級和振動傳遞規(guī)律:刀盤的三向振動均值在0.35mm-1.2mm之間，以軸向振動最大，橫向振動次之，縱向振動最小;刀

4、盤振動沿著軸向支撐方向傳遞到主梁位置時，其振動均值衰減為原來的43％;刀盤等主要部件的振動頻率以0-5Hz為主，表現(xiàn)出明顯的受迫振動。隨后針對刀盤驅動系統(tǒng)，對齒輪布置形式，齒輪軸長度和刀盤轉速參數(shù)對驅動系統(tǒng)的振動情況和均載特性進行了研究。為TBM主機系統(tǒng)的減振設計提供了理論參考。
　　最后基于該動力學模型，提出了以扭矩實時信息傳遞為基礎的機電耦合動力學模型。通過對原始耦合模型的求解，得到了輸入載荷在一個計算周期下的變化情況，為后續(xù)