正、偏楔形盘形滚刀破岩作业振动对比研究

• 作 者: 洪文
• 机 构: 华北电力大学
• 出 处: 华北电力大学(北京) 华北电力大学
• 发表日期: 2018年期
• 关键词: 全断面岩石掘进机 盘形滚刀 振动特性 动力学分析

TBM（全断面岩石掘进机）以其掘进速度快、施工质量高、经济安全等特点，被广泛用于隧道建设。盘形滚刀作为TBM的关键部件，其性能直接影响TBM的掘进效率。在TBM作业过程中，盘形滚刀与岩石直接接触并破碎岩石，承受着全部的破岩力和破岩产生的振动，这使得盘形滚刀成为掘进机最容易失效的部件。盘形滚刀圈是滚刀系统中最易磨损的部件，其与岩石之间相互作用并随着破岩的进行而不断磨损。因此，在传统盘形滚刀（正楔形盘形滚刀）基础上设计新型盘形滚刀（偏楔形盘形滚刀）以提高盘形滚刀的耐磨性和对盘形滚刀系统各部件的振动特性分析对盘形滚刀的发展具有重要意义。　　提高盘形滚刀的耐磨性是新型盘形滚刀最重要的特性之一。本文从滚刀破岩角度出发，分析盘形滚刀破岩点在最大应力点时的运动规律，解析滚刀圈磨损机理，提出新型盘形滚刀概念。　　盘形滚刀破岩载荷是研究滚刀系统振动特性的重要条件。本文从盘形滚刀实际工况出发，仿真得到滚刀破岩时间历程载荷。通过分析滚刀系统各部件的装配和运动规律，建立盘形滚刀系统的多体动力学模型，研究正、偏盘形滚刀各部件的振动特性，为研究盘形滚刀结构和刀盘振动提供理论基础。　　本文的主要内容如下:(1)根据盘形滚刀破岩机理和盘形滚刀圈破岩点在最大应力点时的运动规律，提出新型盘形滚刀概念并建立新型盘形滚刀模型;(2)根据盘形滚刀系统各部件的装配和运动关系，建立盘形滚刀系统垂向、侧向和周向的多体动力学模型。确定滚刀系统的等效质量、等效刚度和等效阻尼的方法以及动力学方程的求解;(3)通过有限元软件仿真得到正、偏盘形滚刀在不同安装半径和切深条件下的载荷并对载荷进行对比分析，得出偏楔形盘形滚刀在破岩载荷方面的优势;(4)将正、偏楔形盘形滚刀载荷作为盘形滚刀系统的外部激励，求解得到盘形滚刀系统各部件的振动特性并进行对比分析。