TBM刀盤系統(tǒng)振動特性分析與掘進現(xiàn)場測試研究.pdf

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

2、一，較大的振動將嚴重影響TBM的掘進效率，導(dǎo)致刀盤主軸承密封失效，刀盤局部損傷，因此對刀盤動力學(xué)行為的研究十分關(guān)鍵。
　　本文運用機械振動學(xué)和運動穩(wěn)定性為理論基礎(chǔ)，借助數(shù)值計算工具matlab為分析手段，以TBM刀盤系統(tǒng)為研究對象，對刀盤系統(tǒng)進行固有特性、動力學(xué)響應(yīng)及穩(wěn)定性等方面的研究;在此基礎(chǔ)上進一步研究了不同刀盤結(jié)構(gòu)形式等因素對刀盤動力學(xué)行為的影響;最終與實際工程數(shù)據(jù)進行對比，驗證了理論方法的正確性。本文工作將為刀盤系統(tǒng)動態(tài)特

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

4、彎-扭-軸-擺多向耦合非線性時變動力學(xué)模型以及動力學(xué)方程，計算得到系統(tǒng)剛度、阻尼等相關(guān)內(nèi)部激勵參數(shù)。
　　第三，以固有特性理論為基礎(chǔ)，計算得到刀盤系統(tǒng)固有振型及固有頻率，總結(jié)得到刀盤的振動模式，為避免系統(tǒng)共振提供一定的理論依據(jù);使用Newmark數(shù)值積分方法對刀盤系統(tǒng)進行求解，得到刀盤系統(tǒng)各構(gòu)件的振動響應(yīng);進一步提出非線性時變刀盤系統(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，對刀盤結(jié)構(gòu)形式等因素對刀盤動力學(xué)行為的影