強(qiáng)沖擊載荷下TBM盤形滾刀動態(tài)特性及新結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)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(jìn)機(jī)）以其先進(jìn)的設(shè)計理念、快速的掘進(jìn)速度、優(yōu)良的施工效果、安全的工作條件，迅速占領(lǐng)地下工程建筑市場。盤形滾刀作為全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)刀盤的核心部件，直接與巖石接觸受到強(qiáng)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(jìn)主機(jī)的掘進(jìn)效率和施工成本。因此從設(shè)計角度出發(fā)對滾刀的振動特性進(jìn)行研究并在傳統(tǒng)滾刀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上設(shè)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(nèi)對于盤型滾刀設(shè)計重點關(guān)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(xué)行為與設(shè)計理論”。
　　論文的主要內(nèi)容如下所述:
　　(1)根據(jù)滾刀破巖特性，建立了考慮巖石本構(gòu)、滾刀布局和掘進(jìn)參數(shù)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(jìn)行時域和頻域分析，進(jìn)而得到滾刀破巖規(guī)律，為滾刀系統(tǒng)動力學(xué)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(zhì)量法建立滾刀系統(tǒng)的彎-軸-擺耦合動力學(xué)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(gòu)件之間的相對位移關(guān)系，建立振動微分方程，并對其中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)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(yīng)的振動型態(tài)。進(jìn)一步研究和分析振動系統(tǒng)在內(nèi)、外部激勵共同作用下的動態(tài)響應(yīng)以及側(cè)向載荷系數(shù)對滾刀耦合動力學(xué)系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律。

4、　　(4)通過系統(tǒng)動力學(xué)模型和軸承接觸模型得到滾刀軸承動態(tài)響應(yīng)以及滾子時變載荷歷程，進(jìn)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(jìn)行修型設(shè)計，消除了滾子滾道接觸邊緣應(yīng)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(jié)構(gòu)基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)設(shè)計方法。然后分別從結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝配和性能評價對新型滾刀進(jìn)行研究，為新型滾刀的設(shè)計生