本文關鍵詞：基于液粘調速離合器的TBM脫困技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：全斷面掘進裝備(Tunnel Boring Machine,簡稱TBM)是集機、電、液壓、傳感、信息技術于一體的隧道施工成套裝備,它主要由推進系統、刀盤系統、支撐換步機構、輔助支護設備、液壓系統、電氣系統、導向系統、后配套系統及輔助設備等組成。TBM在掘進過程中由于圍巖特性變化等原因常常發(fā)生被困事故,嚴重影響了施工進度,耗費大量的人力物力。如果驅動機構能提供足夠大的脫困扭矩,使得TBM在圍巖破碎工況發(fā)生前快速通過高危區(qū),可以大大的提高施工效率,故有必要對刀盤驅動系統的脫困能力提升展開研究。本文設計了變頻電機、飛輪與液粘調速離合器(HVC)協同控制的新型驅動方案,可以在不增加TBM刀盤驅動系統裝機功率的前提下提高脫困扭矩,改善驅動性能,提高能量使用效率。其關鍵點及難點就在于液粘調速離合器的有效使用及合理控制,因此,研究液粘調速離合器,揭示粘性傳動機理,提高其扭矩傳遞能力,在此基礎上建立刀盤脫困的協同控制方法,是研究TBM刀盤脫困技術的兩個問題。本文的主要研究內容如下：第一章闡述了TBM脫困技術的課題背景和研究意義,對已有的刀盤驅動技術進行了介紹,并設計了新型的刀盤驅動方案。由于該方案中,液粘調速離合器起了非常重要的作用,故對其發(fā)展及相關技術也進行了調查研究,總結了液粘調速離合器及其摩擦副流場、起動接合控制的研究現狀,分析了前人研究的不足之處及本研究的必要性,最后對本論文的主要研究內容進行了介紹。第二章主要是進行液粘調速離合器的基礎研究,對其工作原理進行了說明,對離合器油膜受力情況,尤其是油膜承載力進行了詳細的推導。之所以花了很大的篇幅進行液粘調速離合器油膜的受力分析,是因為其受力情況直接決定了油膜厚度值和離合器傳遞的扭矩值,這為第四章對TBM脫困的性能分析以及AMESim仿真模型的搭建等建立了基礎。第三章對液粘調速離合器油膜厚度的分布進行了分析。通過分析發(fā)現,傳統結構的液粘調速離合器油膜厚度分布不均,這會導致離合器工作過程中產生摩擦副偏磨現象,降低傳遞的扭矩值,減少離合器的工作壽命。由于在原結構的基礎上很難對此做出較好的改進,故對傳統的液粘調速離合器結構進行了優(yōu)化設計,并從理論和仿真兩個角度將改進前與改進后的離合器油膜厚度分布均勻性、傳遞扭矩的能力進行了對比。第四章主要是利用AMESim軟件搭建基于電機、液粘調速離合器、負載模型的TBM能量傳遞模型,成功得實現了裝機功率不變情況下的TBM刀盤脫困,驗證了新型TBM驅動方案可行性及功率密度高、脫困能力強、沖擊小的特點。具體研究內容主要包括對各個能量傳遞元件進行建模,并引入沖擊度的概念對離合器接合效果定量計算,研究了不同飛輪轉動慣量下,不同油膜厚度變化下的離合器傳遞扭矩、飛輪、負載轉速變化及沖擊度大小,并設計了溢流閥壓力曲線,在負載扭矩2倍于電機最大扭矩的情況下,成功的實現了脫困。脫困過程,離合器傳遞扭矩高于負載扭矩的時間長達71.7s,效果顯著。第五章對TBM模擬脫困試驗臺的組成以及各個部分進行了選型設計,主要包括試驗臺驅動、加載裝置的選型、液粘調速離合器結構設計及液壓系統設計以及電控系統的軟硬件設計。除此之外,對可開展的試驗進行了詳細的介紹,并對具體的試驗方法進行了闡述。第六章,對全文的工作進行了總結,并對下一步的工作進行了展望。
【關鍵詞】：TBM 液粘調速離合器 油膜承載力 油膜均勻性 飛輪轉動慣量 脫困性能 Fluent仿真 AMESim仿真
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U455.31;TH133.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 課題背景12-13
• 1.2 TBM刀盤驅動系統概況13-16
• 1.2.1 TBM刀盤驅動分類及脫困能力比較13-15
• 1.2.2 TBM刀盤驅動新型方案設計15-16
• 1.3 液粘傳動技術概況16-18
• 1.3.1 液粘傳動的工作原理16-17
• 1.3.2 液粘傳動元件17-18
• 1.4 新型TBM刀盤驅動系統關鍵元件及系統研究現狀18-22
• 1.4.1 液粘調速離合器發(fā)展概況18-19
• 1.4.2 液粘調速離合器內部流場研究現狀19-20
• 1.4.3 驅動系統起動接合過程研究現狀20-22
• 1.4.4 有研究成果的不足22
• 1.5 研究內容22-23
• 1.6 本章小結23-24
• 2 液粘調速離合器受力分析24-42
• 2.1 液粘調速離合器工作原理24-26
• 2.2 液粘調速離合器油膜受力分析26-28
• 2.3 液粘調速離合器摩擦副油膜承載力分析28-41
• 2.3.1 擠壓作用力求解28-30
• 2.3.2 靜壓承載力、離心承載力、動壓承載力求解30-41
• 2.3.2.1. 齊次偏微分方程求解32-37
• 2.3.2.2. 非齊次偏微分方程求解37-41
• 2.4 本章小結41-42
• 3 液粘調速離合器油膜厚度分析及優(yōu)化42-53
• 3.1 液粘調速離合器油膜厚度分析42-43
• 3.2 液粘調速離合器結構優(yōu)化設計43-45
• 3.3 液粘調速離合器優(yōu)化結構油膜厚度分析45-47
• 3.4 液粘調速離合器油膜厚度仿真分析47-52
• 3.4.1 控制方程47-48
• 3.4.2 幾何模型及網格劃分48-49
• 3.4.3 邊界條件及計算參數設置49
• 3.4.4 仿真結果分析49-52
• 3.5 本章小結52-53
• 4 基于液粘調速離合器的TBM脫困性能分析53-71
• 4.1 TBM刀盤新型驅動方案模型建立53-61
• 4.1.1 電機模型建立54-55
• 4.1.2 液粘調速離合器模型55-59
• 4.1.2.1. 電液比例溢流閥模型55
• 4.1.2.2. 油膜厚度增量線性化動態(tài)平衡方程55-57
• 4.1.2.3. 系統流量平衡方程57-58
• 4.1.2.4. 離合器傳遞扭矩58-59
• 4.1.2.5. 離合器傳遞函數59
• 4.1.3 負載模型建立59-60
• 4.1.4 沖擊度60-61
• 4.2 飛輪傳遞動力學仿真分析61-68
• 4.2.1 仿真模型建立61-63
• 4.2.2 飛輪轉動慣量的影響63-65
• 4.2.3 離合器油膜厚度的影響65-68
• 4.3 TBM刀盤新型驅動方案驗證68-69
• 4.4 本章小結69-71
• 5 TBM模擬脫困試驗臺及可開展試驗設計71-84
• 5.1 TBM模擬脫困試驗臺設計71-81
• 5.1.1 機械結構設計71-74
• 5.1.2 液壓系統設計74-76
• 5.1.3 電控系統設計76-81
• 5.1.3.1. 硬件設計77-79
• 5.1.3.2. 軟件設計79-81
• 5.2 可開展試驗及試驗方法81-83
• 5.3 本章小結83-84
• 6 結論與展望84-87
• 6.1 論文總結84-85
• 6.2 工作展望85-87
• 參考文獻87-91
• 作者簡歷及在學期間取得的科研成果91

【共引文獻】

中國期刊全文數據庫 前1條

1 周天宇;龔國芳;廖湘平;王鶴;;粘性離合器摩擦副油膜均勻性分析[J];哈爾濱工程大學學報;2015年07期

  本文關鍵詞：基于液粘調速離合器的TBM脫困技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：363746