本文關(guān)鍵詞：TBM主機多自由度耦合動力學(xué)行為及實測驗證

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【摘要】：全斷面巖石掘進(jìn)機(TBM)是集機、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,可實現(xiàn)復(fù)雜地理地貌長埋深隧道的施工。主機系統(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)和主機推進(jìn)的作用。其動力學(xué)性能的好壞直接決定了TBM整機的掘進(jìn)效率和使用壽命。在掘進(jìn)中,由于圍巖的高硬度和主機的大扭矩和推力驅(qū)動,TBM主機往往承受著來自刀盤的強沖擊突變載荷,這導(dǎo)致了系統(tǒng)極端惡劣的振動。因此,對TBM主機進(jìn)行動力學(xué)建模并分析其動態(tài)特性對于TBM減振設(shè)計具有重要的意義。本文基于水平支撐的敞開式TBM主驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式,考慮各時變剛度、從刀盤到主梁支撐靴多部件的整機復(fù)雜多因素關(guān)系,建立了TBM主機系統(tǒng)多自由度耦合的非線性動力學(xué)模型。采用Ls-Dyna對滾刀破巖過程進(jìn)行動態(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)下的實際載荷參數(shù)對計算載荷進(jìn)行均值修正。以此作為動力學(xué)模型的輸入載荷。同時,搭建了一套能夠在惡劣掘進(jìn)條件下準(zhǔn)確采集TBM各部位,尤其是刀盤振動數(shù)據(jù)的現(xiàn)場測試系統(tǒng),并基于遼西北工程T6段掘進(jìn)現(xiàn)場進(jìn)行了振動實測。利用測試數(shù)據(jù)對動力學(xué)模型的剛度值進(jìn)行修正�；趯嶒炐拚蟮膭恿W(xué)模型,以實際結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入,計算了該模型在刀盤轉(zhuǎn)速5-6RPM,推進(jìn)速度3m/h下主機系統(tǒng)的動力學(xué)特性。通過分析關(guān)鍵部件的時域和頻域響應(yīng),確定了各部位的振動均值量級和振動傳遞規(guī)律：刀盤的三向振動均值在0.35mm-1.2mm之間,以軸向振動最大,橫向振動次之,縱向振動最��；刀盤振動沿著軸向支撐方向傳遞到主梁位置時,其振動均值衰減為原來的43%；刀盤等主要部件的振動頻率以0-5Hz為主,表現(xiàn)出明顯的受迫振動。隨后針對刀盤驅(qū)動系統(tǒng),對齒輪布置形式,齒輪軸長度和刀盤轉(zhuǎn)速參數(shù)對驅(qū)動系統(tǒng)的振動情況和均載特性進(jìn)行了研究。為TBM主機系統(tǒng)的減振設(shè)計提供了理論參考。最后基于該動力學(xué)模型,提出了以扭矩實時信息傳遞為基礎(chǔ)的機電耦合動力學(xué)模型。通過對原始耦合模型的求解,得到了輸入載荷在一個計算周期下的變化情況,為后續(xù)的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：TBM主機系統(tǒng) 動力學(xué)特性 機電耦合模型 現(xiàn)場測試
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U455.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 課題研究背景和意義10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究的工程意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 TBM刀盤載荷的研究12-14
• 1.2.2 系統(tǒng)動力學(xué)研究14-17
• 1.3 本文的研究內(nèi)容17-19
• 1.4 本章小結(jié)19-20
• 2 TBM整機外部激勵的確定20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 盤形滾刀破巖模型20-23
• 2.2.1 巖石模型21
• 2.2.2 滾刀模型建模21-22
• 2.2.3 仿真參數(shù)的設(shè)置22-23
• 2.3 單把滾刀的三向載荷計算23-25
• 2.4 TBM主機系統(tǒng)外部激勵的產(chǎn)生25-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 3 TBM驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)模型及內(nèi)部參數(shù)29-41
• 3.1 引言29-30
• 3.2 TBM主機系統(tǒng)等效力學(xué)模型的建立30-35
• 3.3 動力學(xué)系統(tǒng)動態(tài)激勵模擬35-40
• 3.3.1 系統(tǒng)誤差激勵35
• 3.3.2 彈性協(xié)調(diào)變形條件35-36
• 3.3.3 齒輪時變嚙合剛度、阻尼和嚙合力的計算36-37
• 3.3.4 TBM推進(jìn)油缸時變推進(jìn)剛度計算37-38
• 3.3.5 TBM推進(jìn)油缸處柱鉸接剛度的計算38
• 3.3.6 主軸承剛度38-39
• 3.3.7 小齒輪徑向剛度39
• 3.3.8 鏈接軸扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼計算39
• 3.3.9 其他參數(shù)的計算39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 4 系統(tǒng)動力學(xué)方程求解及動態(tài)特性分析41-50
• 4.1 引言41
• 4.2 求解方法原理及求解過程簡介41-43
• 4.3 基于Newmark法的求解處理43-44
• 4.4 TBM結(jié)構(gòu)參數(shù)和掘進(jìn)參數(shù)44-45
• 4.5 時域振動分析45-48
• 4.6 振動頻域分析48-49
• 4.7 本章小結(jié)49-50
• 5 基于現(xiàn)場振動測試的動態(tài)響應(yīng)驗證50-58
• 5.1 引言50-51
• 5.2 測試設(shè)備及測試系統(tǒng)的建立51-52
• 5.3 現(xiàn)場測試方案52-54
• 5.3.1 測試點的選取52-53
• 5.3.2 刀盤傳感器的保護53-54
• 5.4 實測數(shù)據(jù)對比驗證54-56
• 5.5 本章小結(jié)56-58
• 6 主機系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù)分析58-66
• 6.1 引言58
• 6.2 小齒輪布置方式的影響58-61
• 6.3 小齒輪和電機連接軸長度的影響61-62
• 6.4 刀盤轉(zhuǎn)速的影響62-65
• 6.4.1 不同刀盤轉(zhuǎn)速下的載荷62-63
• 6.4.2 不同刀盤轉(zhuǎn)速下的小齒輪振動分析63-65
• 6.5 本章小結(jié)65-66
• 7 主機系統(tǒng)機電耦合建模66-70
• 7.1 引言66
• 7.2 刀盤主驅(qū)動控制系統(tǒng)模型66-68
• 7.3 耦合關(guān)系的建立68-69
• 7.4 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀碩士期間科研成果及科研項目75-77
• 致謝77-78

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5 卓，

本文編號：750212