本文關(guān)鍵詞：TBM滾刀多階段受力模型及其聯(lián)接結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著社會科技的進步、經(jīng)濟的發(fā)展,以及地表土地資源的日漸匱乏,世界各國逐漸開始對地下空間進行開發(fā)利用。全斷面巖石掘進機(簡稱TBM)以其掘進速度快、施工優(yōu)質(zhì)高效、作業(yè)環(huán)境安全、環(huán)境污染小等優(yōu)點,可實現(xiàn)傳統(tǒng)鉆爆法難以實現(xiàn)的復(fù)雜地理地貌深埋長隧洞的施工,在中國乃至世界的水利、水電、交通、礦山等隧道工程中應(yīng)用迅猛增長,如今已成為國際上隧道施工機械的主流。盤形滾刀作為巖石掘進機刀盤的核心工作部件,由于直接與巖石接觸,承受較大的沖擊載荷,因此也是TBM的易損件。而從理論的角度對滾刀破巖機理和受力預(yù)測模型進行研究來并在原有滾刀刀座聯(lián)接結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改進,對為滾刀以及刀盤的設(shè)計提供精確的載荷設(shè)計依據(jù),并且降低滾刀以及刀盤振動具有十分重要的理論價值和工程意義。本課題來源于973項目(項目編號：2013CB035402)和國家自然科學(xué)基金項目(項目編號：51375001)資助。論文的具體工作和主要內(nèi)容如下：(1)針對當前滾刀受力預(yù)測模型為靜態(tài)均值計算,不能夠真實模擬滾刀破巖過程中載荷多階段多峰值的問題,本文基于密實核理論,針對不同巖石條件,考慮滾刀在破巖過程中復(fù)雜的受力情況,分析了滾刀多階段的破巖過程；同時考慮巖石特性、滾刀類型、滾刀布局參數(shù)、掘進參數(shù)、滾刀結(jié)構(gòu)參數(shù),建立了不同類型滾刀的多階段受力預(yù)測模型,并以巖石物理參數(shù)、貫入量等參數(shù)作為變量,進行了滾刀線性切割實驗,垂向力實驗結(jié)果與理論模型的均值誤差在10%以內(nèi),證明了理論預(yù)測模型的正確性,為后續(xù)研究提供理論依據(jù)。(2)結(jié)合面的存在影響著刀座系統(tǒng)的動力學(xué)特性,螺栓預(yù)緊力和外部激勵的變化導(dǎo)致結(jié)合面法向壓力隨時間變化,結(jié)合面的接觸剛度也為時變剛度。本文采用集中質(zhì)量法,結(jié)合刀座結(jié)構(gòu)和結(jié)合面之間的剛度、阻尼關(guān)系,考慮刀座工作過程中所承受的沖擊載荷,建立了滾刀-刀座系統(tǒng)的動力學(xué)模型,建立了結(jié)合面剛度和螺栓預(yù)緊力、外部載荷、振動位移以及結(jié)合面接觸面積之間的量化關(guān)系,計算得到了結(jié)合面剛度的計算方法。根據(jù)機械振動相關(guān)理論,利用Newmark算法對系統(tǒng)響應(yīng)進行了求解,并研究了結(jié)合面的阻尼系數(shù)、螺栓預(yù)緊力以及結(jié)合面接觸面積對系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明：①上楔形塊和滾刀在各個方向的振動最為強烈,且垂向側(cè)向滾動方向;②比例阻尼系數(shù)β=10-3時,質(zhì)量塊振動響應(yīng)最為平穩(wěn),結(jié)合面的阻尼對螺栓的緊固效果有一定影響;③系統(tǒng)垂向響應(yīng)對螺栓預(yù)緊力的變化更為敏感；④各結(jié)合面的面積增大一倍后,滾刀和上楔形塊振動位移均值分別下降了10.60%和1.63%。(3)為了驗證理論模型的正確性,本文利用液壓作動器,對試制的刀座樣件進行振動實驗,觀察統(tǒng)計刀座在不同預(yù)緊力、外載形式下的振動時域響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)：①試驗結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致,證明了理論模型的正確性；②當滾刀振幅由4kN增加到4.75kN時,單側(cè)刀座在234kN螺栓預(yù)緊力下的垂向載荷響應(yīng)振幅平均增加了0.178kN,而300kN螺栓預(yù)緊力下的垂向響應(yīng)振幅平均增加了約0.35kN,接近輸入載荷；側(cè)向載荷響應(yīng)的振幅增幅基本不變。③振幅與頻率并非呈線性關(guān)系,在3Hz之后,振幅的斜率遠大于之前的斜率。(4)為了解決刀座中楔形塊容易發(fā)生卡緊不方便現(xiàn)場換刀,且上楔形塊和滾刀的振動較為強烈的問題,本文在典型刀座系統(tǒng)動態(tài)特性研究和現(xiàn)有刀座結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,以提升刀座現(xiàn)場換刀的安全性與效率、降低滾刀和刀座振動為目的,對刀座聯(lián)接結(jié)構(gòu)進行了改進設(shè)計。以實驗得到的盤形滾刀實際工作載荷為輸入,對改進刀座結(jié)構(gòu)進行了動力學(xué)分析。通過對比改進前后的滾刀和楔形塊振動位移可知：滾刀和楔形塊的垂向振動位移分別降低了67%和53%,滾動方向位移分別降低了7.9%和7.6%,說明該改進刀座起到了良好的減振效果,可大大降低滾刀本身和刀座緊固螺栓的振動損傷。
【關(guān)鍵詞】：盤形滾刀 受力預(yù)測模型 滾刀刀座 結(jié)合面 振動特性
【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】：2015
【分類號】：TD421.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstact6-10
• 1 緒論10-21
• 1.1 課題研究背景與工程意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)工作研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 滾刀破巖機理研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 滾刀受力預(yù)測模型研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.3 結(jié)合面動態(tài)特性研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.4 座結(jié)構(gòu)設(shè)計研究概況18-19
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容與方法19-21
• 2 滾刀群多階段空間聯(lián)合破巖預(yù)測模型21-42
• 2.1 滾刀群多階段空間聯(lián)合破巖預(yù)測模型的建立21-37
• 2.1.1 密實核破巖機理21-23
• 2.1.2 基于密實核理論的滾刀群多階段空間復(fù)合破碎巖石機理23-26
• 2.1.3 滾刀群多階段空間復(fù)合破碎巖石受力預(yù)測模型26-35
• 2.1.4 總體模型的表達35-37
• 2.2 滾刀線切割巖石實驗37-41
• 2.2.1 實驗?zāi)康呐c方案37-38
• 2.2.2 理論與實驗結(jié)果與分析38-41
• 2.3 本章小結(jié)41-42
• 3 含多結(jié)合面的滾刀-刀座系統(tǒng)多自由度耦合動力學(xué)模型42-59
• 3.1 含多結(jié)合面的滾刀-刀座系統(tǒng)多自由度耦合動力學(xué)模型42-50
• 3.1.1 滾刀-刀座系統(tǒng)力學(xué)等效模型42-44
• 3.1.2 振動系統(tǒng)動力學(xué)微分方程44-47
• 3.1.3 滾刀-刀座系統(tǒng)受力分析47-49
• 3.1.4 結(jié)合面解析參數(shù)模型49-50
• 3.2 振動模型結(jié)合面動力學(xué)參數(shù)50-51
• 3.3 振動模型結(jié)構(gòu)動力學(xué)參數(shù)51-57
• 3.3.1 滾刀、刀座及楔形塊等效質(zhì)量51-52
• 3.3.2 滾刀、刀座及楔形塊等效剛度52-57
• 3.3.3 滾刀傾覆等效阻尼57
• 3.4 本章小結(jié)57-59
• 4 滾刀-刀座聯(lián)接結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析59-78
• 4.1 系統(tǒng)振動響應(yīng)求解59-64
• 4.1.1 微分方程初值的解析解59-61
• 4.1.2 微分方程的數(shù)值求解61-62
• 4.1.3 各部件的振動響應(yīng)62-64
• 4.1.4 各部件載荷的時域響應(yīng)64
• 4.2 刀座振動實驗64-71
• 4.2.1 實驗樣件設(shè)計65-67
• 4.2.2 整體方案設(shè)計67-68
• 4.2.3 實驗結(jié)果及分析68-71
• 4.3 不同因素對刀座振動響應(yīng)的影響71-76
• 4.3.1 有無結(jié)合面對刀座振動響應(yīng)的影響71-73
• 4.3.2 結(jié)合面阻尼系數(shù)對刀座振動響應(yīng)的影響73-74
• 4.3.3 螺栓預(yù)緊力對刀座振動響應(yīng)的影響74-76
• 4.3.4 結(jié)合面面積對刀座振動響應(yīng)的影響76
• 4.4 本章小結(jié)76-78
• 5 刀座聯(lián)接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計78-86
• 5.1 典型刀座結(jié)構(gòu)分析78-80
• 5.2 刀座聯(lián)接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計80-81
• 5.3 改進刀座聯(lián)接結(jié)構(gòu)性能評價81-85
• 5.3.1 改進刀座聯(lián)接結(jié)構(gòu)可行性分析81-82
• 5.3.2 改進刀座聯(lián)接結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型82-83
• 5.3.3 改進刀座系統(tǒng)振動響應(yīng)分析83-85
• 5.4 本章小結(jié)85-86
• 結(jié)論86-88
• 參考文獻88-93
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況93-94
• 致謝94-95

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 林家騏;研究盤形滾刀破巖機理與提高刀具使用壽命[J];福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1990年01期

2 余靜;;滾壓破巖機理和參數(shù)計算[J];金屬礦山;1981年07期

3 張學(xué)良;溫淑花;蘭國生;丁紅欽;張宗陽;王曉偉;劉志恒;;平面結(jié)合面切向接觸阻尼分形模型及其仿真[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2011年05期

  本文關(guān)鍵詞：TBM滾刀多階段受力模型及其聯(lián)接結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：278295