面向可靠性和振動特性的TBM主軸承結構設計.pdf

1、進入21世紀以來，世界各國不斷地增加對地下空間的開發(fā)利用，全斷面巖石掘進機(TBM)作為高效、安全、綠色的掘進設備已成為首先的硬巖隧道成形設備，且具有十分廣闊的市場前景。主驅動主軸承作為掘進主機的關鍵承載部件，特殊的工作環(huán)境要求其具有高安全性、穩(wěn)定性、可靠性，因此在傳統(tǒng)主軸承設計理論和方法的基礎上進行考慮主軸承可靠性和穩(wěn)定性的結構設計研究顯得十分必要，這也是行業(yè)內企業(yè)對于主軸承設計重點關注的新方向之一。本文根據主軸承設計早期載荷信息缺乏

2、的特點，從刀盤動態(tài)掘進載荷仿真入手，對掘進過程中主軸承的應力譜進行預測，進而通過隨機應力下結構疲勞可靠度計算模型和系統(tǒng)元件失效相關特征建立了主軸承系統(tǒng)的動態(tài)可靠度預測方法。在研究主軸承系統(tǒng)的剛度特性基礎上，對時變載荷激勵下的主軸承振動程度進行分析，并根據主軸承結構參數(shù)與其振動特征參數(shù)的映射關系，建立考慮結構疲勞可靠性和振動特征的結構參數(shù)優(yōu)化設計模型。
　　論文的具體工作和主要內容可以做如下描述:
　　(1)根據掘進機連續(xù)掘進

3、特點，建立考慮復合地層、刀盤刀具布局、刀具切削載荷和刀盤復合載荷計算的刀盤載荷時間歷程的模擬方法。以刀盤載荷為輸入條件，根據主軸承系統(tǒng)結構特征對參數(shù)菲對稱的主軸承進行靜態(tài)載荷及應力分布計算，并編制動態(tài)載荷下的應力譜，運用雨流計數(shù)法進行多工況處理與合成，得到便于進行疲勞可靠性分析的應力分布的關鍵參數(shù)。
　　(2)以應力強度干涉模型為基礎，進行隨機外部載荷下的主軸承疲勞可靠度預測，通過強度的非線性退化理論和材料本身的分散性研究結構的剩

4、余強度時間歷程。采用JC法計算主軸承結構的可靠度，并根據系統(tǒng)內失效關系建立了基于關聯(lián)矩陣和布爾函數(shù)的系統(tǒng)可靠度計算方法。
　　(3)研究主軸承振動的形成及衡量振動程度的參數(shù)，借助滾子滾道的接觸模型建立與疲勞可靠性匹配的系統(tǒng)動力學模型。通過系統(tǒng)動力學關鍵參數(shù)的分析研究，確定了以滾子滾道接觸剛度和阻尼為基礎的等效動力學模型和方程。
　　(4)以主軸承的疲勞可靠度和振動程度為目標，系統(tǒng)整體的設計要求為約束，建立主軸承結構參數(shù)優(yōu)化模