TBM主機(jī)多自由度耦合動(dòng)力學(xué)行為及實(shí)測(cè)驗(yàn)證.pdf

1、全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM)是集機(jī)、電、液、光等系統(tǒng)的工廠化流水線隧道施工裝備，具有掘進(jìn)速度快、綜合效益高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地理地貌長(zhǎng)埋深隧道的施工。主機(jī)系統(tǒng)是TBM的核心系統(tǒng)，承擔(dān)著TBM掘進(jìn)過程中刀盤旋轉(zhuǎn)和主機(jī)推進(jìn)的作用。其動(dòng)力學(xué)性能的好壞直接決定了TBM整機(jī)的掘進(jìn)效率和使用壽命。在掘進(jìn)中，由于圍巖的高硬度和主機(jī)的大扭矩和推力驅(qū)動(dòng)，TBM主機(jī)往往承受著來自刀盤的強(qiáng)沖擊突變載荷，這導(dǎo)致了系統(tǒng)極端惡劣的振動(dòng)。因此，對(duì)TBM主機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建

2、模并分析其動(dòng)態(tài)特性對(duì)于TBM減振設(shè)計(jì)具有重要的意義。
　　本文基于水平支撐的敞開式TBM主驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，考慮各時(shí)變剛度、從刀盤到主梁支撐靴多部件的整機(jī)復(fù)雜多因素關(guān)系，建立了TBM主機(jī)系統(tǒng)多自由度耦合的非線性動(dòng)力學(xué)模型。采用Ls-Dyna對(duì)滾刀破巖過程進(jìn)行動(dòng)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(jìn)參數(shù)下的實(shí)際載荷參數(shù)對(duì)計(jì)算載荷進(jìn)行均值修正。以此作為動(dòng)力學(xué)模型的輸入載荷。同時(shí)，搭建了一套能夠在惡劣掘進(jìn)條件下準(zhǔn)確采集TB

3、M各部位，尤其是刀盤振動(dòng)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)，并基于遼西北工程T6段掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了振動(dòng)實(shí)測(cè)。利用測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)力學(xué)模型的剛度值進(jìn)行修正。
　　基于實(shí)驗(yàn)修正后的動(dòng)力學(xué)模型，以實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入，計(jì)算了該模型在刀盤轉(zhuǎn)速5-6RPM，推進(jìn)速度3m/h下主機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。通過分析關(guān)鍵部件的時(shí)域和頻域響應(yīng)，確定了各部位的振動(dòng)均值量級(jí)和振動(dòng)傳遞規(guī)律:刀盤的三向振動(dòng)均值在0.35mm-1.2mm之間，以軸向振動(dòng)最大，橫向振動(dòng)次之，縱向振動(dòng)最小;刀

4、盤振動(dòng)沿著軸向支撐方向傳遞到主梁位置時(shí)，其振動(dòng)均值衰減為原來的43％;刀盤等主要部件的振動(dòng)頻率以0-5Hz為主，表現(xiàn)出明顯的受迫振動(dòng)。隨后針對(duì)刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)齒輪布置形式，齒輪軸長(zhǎng)度和刀盤轉(zhuǎn)速參數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)情況和均載特性進(jìn)行了研究。為TBM主機(jī)系統(tǒng)的減振設(shè)計(jì)提供了理論參考。
　　最后基于該動(dòng)力學(xué)模型，提出了以扭矩實(shí)時(shí)信息傳遞為基礎(chǔ)的機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型。通過對(duì)原始耦合模型的求解，得到了輸入載荷在一個(gè)計(jì)算周期下的變化情況，為后續(xù)