TBM刀盤驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)特性分析與實驗研究.pdf

1、全斷面巖石掘進機(TBM)是一種集機械、電氣、液壓等多學(xué)科于一體的工廠化隧道施工作業(yè)系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代城市軌道交通建設(shè)的爆發(fā)式增長，TBM在大埋深、長距離的隧道施工領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。刀盤驅(qū)動系統(tǒng)是TBM的核心子系統(tǒng)，其驅(qū)動功率占TBM整機裝機功率的40%以上，起到驅(qū)動和支撐的關(guān)鍵作用。
　　TBM掘進過程中，復(fù)雜多變的地質(zhì)條件常常使刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生突變，刀盤驅(qū)動系統(tǒng)在強沖擊載荷的作用下會發(fā)生劇烈振動和不均載的問題，

2、進而導(dǎo)致關(guān)鍵零部件失效。本文以TBM刀盤驅(qū)動系統(tǒng)為研究對象，基于有限元思想提出一種適用于TBM刀盤驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)分析的分層次建模方法，研究突變載荷下多電機同步驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動負載特性和系統(tǒng)零部件的耦合振動機理，分析不同參數(shù)對系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響規(guī)律，并通過掘進現(xiàn)場實測和模型實驗臺開展TBM刀盤驅(qū)動系統(tǒng)振動測試，驗證理論分析結(jié)果的準確性和分層次建模方法的適用性。本文主要研究工作如下：
　　1)提出一種適用于TBM刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的分層次建

3、模方法，并建立TBM刀盤驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)模型。將整機系統(tǒng)分為控制系統(tǒng)和機械系統(tǒng)，建立采用主從控制結(jié)構(gòu)的多電機同步驅(qū)動系統(tǒng)模型，基于虛擬軸段原理分別建立齒輪嚙合單元、軸系單元、支撐-聯(lián)接單元等有限元基本單元模型，根據(jù)裝配關(guān)系進行各個基本單元的耦合，建立TBM刀盤驅(qū)動系統(tǒng)整機動力學(xué)模型。
　　2) TBM刀盤驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)特性數(shù)值模擬研究。基于TBM刀盤驅(qū)動系統(tǒng)整機動力學(xué)模型，選取掘進現(xiàn)場的突變載荷進行仿真，得到多電機同步驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動

4、載荷，分析整機動力學(xué)模型內(nèi)、外部激勵的載荷特性；然后采用精細積分法和數(shù)值法對突變載荷下的整機動力學(xué)模型進行求解，得到系統(tǒng)整體和各零部件的動力學(xué)響應(yīng)并分析系統(tǒng)參數(shù)對振動特性的影響規(guī)律。
　　3)基于實測與實驗數(shù)據(jù)的TBM刀盤驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)特性研究。通過掘進現(xiàn)場實測和模型實驗臺開展刀盤驅(qū)動系統(tǒng)振動測試，基于相似理論設(shè)計搭建TBM刀盤驅(qū)動系統(tǒng)模型實驗臺，建立相關(guān)振動測試系統(tǒng)；分別測試不同電機驅(qū)動載荷和刀盤轉(zhuǎn)速下的刀盤驅(qū)動系統(tǒng)振動響應(yīng)，將