TBM刀盤(pán)系統(tǒng)振動(dòng)特性分析與掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試研究.pdf

1、TBM(Fullfacerocktunnelboringmachine)全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)，是通過(guò)刀盤(pán)回轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾刀破碎巖石，開(kāi)挖隧道的大型裝備，是目前開(kāi)挖隧道效率高、安全經(jīng)濟(jì)、污染最小的裝備。TBM中刀盤(pán)質(zhì)量大，工作環(huán)境惡劣，是隧道掘進(jìn)機(jī)中最重要的組成部件之一。刀盤(pán)是滾刀的安裝載體，承受滾刀破碎巖石的全部載荷，由于巖石具有高強(qiáng)度、高耐磨性、高圍壓等性質(zhì)，使得刀盤(pán)載荷具有強(qiáng)沖擊、大扭矩、高隨機(jī)性等特點(diǎn)。刀盤(pán)振動(dòng)是引起刀盤(pán)疲勞破壞的原因之

2、一，較大的振動(dòng)將嚴(yán)重影響TBM的掘進(jìn)效率，導(dǎo)致刀盤(pán)主軸承密封失效，刀盤(pán)局部損傷，因此對(duì)刀盤(pán)動(dòng)力學(xué)行為的研究十分關(guān)鍵。
　　本文運(yùn)用機(jī)械振動(dòng)學(xué)和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性為理論基礎(chǔ)，借助數(shù)值計(jì)算工具matlab為分析手段，以TBM刀盤(pán)系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)刀盤(pán)系統(tǒng)進(jìn)行固有特性、動(dòng)力學(xué)響應(yīng)及穩(wěn)定性等方面的研究;在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了不同刀盤(pán)結(jié)構(gòu)形式等因素對(duì)刀盤(pán)動(dòng)力學(xué)行為的影響;最終與實(shí)際工程數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了理論方法的正確性。本文工作將為刀盤(pán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特

3、性優(yōu)化設(shè)計(jì)、刀盤(pán)系統(tǒng)振動(dòng)控制及刀盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)。本文主要研究工作如下:
　　首先，使用顯式動(dòng)力有限元分析軟件Ls-Dyna對(duì)刀盤(pán)不同安裝位置上的盤(pán)形滾刀破巖進(jìn)行仿真，考慮地質(zhì)參數(shù)、施工參數(shù)、圍壓等因素對(duì)滾刀載荷的影響，得到單把滾刀載荷時(shí)間歷程曲線，以此為基礎(chǔ)修正并合成刀盤(pán)載荷，為后續(xù)系統(tǒng)求解提供外部激勵(lì)。
　　第二，使用集中質(zhì)量法，綜合考慮大齒圈和小齒輪時(shí)變嚙合剛度、誤差及嚙合齒側(cè)間隙等因素，建立TBM刀盤(pán)系統(tǒng)

4、彎-扭-軸-擺多向耦合非線性時(shí)變動(dòng)力學(xué)模型以及動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算得到系統(tǒng)剛度、阻尼等相關(guān)內(nèi)部激勵(lì)參數(shù)。
　　第三，以固有特性理論為基礎(chǔ)，計(jì)算得到刀盤(pán)系統(tǒng)固有振型及固有頻率，總結(jié)得到刀盤(pán)的振動(dòng)模式，為避免系統(tǒng)共振提供一定的理論依據(jù);使用Newmark數(shù)值積分方法對(duì)刀盤(pán)系統(tǒng)進(jìn)行求解，得到刀盤(pán)系統(tǒng)各構(gòu)件的振動(dòng)響應(yīng);進(jìn)一步提出非線性時(shí)變刀盤(pán)系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷的方法，為參數(shù)匹配提供依據(jù);在前面工作的基礎(chǔ)上，對(duì)刀盤(pán)結(jié)構(gòu)形式等因素對(duì)刀盤(pán)動(dòng)力學(xué)行為的影