TBM刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM)是一種集機(jī)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(zhǎng)，TBM在大埋深、長(zhǎng)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(dòng)系統(tǒng)是TBM的核心子系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)功率占TBM整機(jī)裝機(jī)功率的40%以上，起到驅(qū)動(dòng)和支撐的關(guān)鍵作用。
　　TBM掘進(jìn)過(guò)程中，復(fù)雜多變的地質(zhì)條件常常使刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生突變，刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在強(qiáng)沖擊載荷的作用下會(huì)發(fā)生劇烈振動(dòng)和不均載的問(wèn)題，

2、進(jìn)而導(dǎo)致關(guān)鍵零部件失效。本文以TBM刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，基于有限元思想提出一種適用于TBM刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析的分層次建模方法，研究突變載荷下多電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)負(fù)載特性和系統(tǒng)零部件的耦合振動(dòng)機(jī)理，分析不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律，并通過(guò)掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)開展TBM刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)試，驗(yàn)證理論分析結(jié)果的準(zhǔn)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(dòng)系統(tǒng)的分層次建

3、模方法，并建立TBM刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。將整機(jī)系統(tǒng)分為控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)，建立采用主從控制結(jié)構(gòu)的多電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)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(jìn)行各個(gè)基本單元的耦合，建立TBM刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整機(jī)動(dòng)力學(xué)模型。
　　2) TBM刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性數(shù)值模擬研究?；赥BM刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，選取掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)的突變載荷進(jìn)行仿真，得到多電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)

4、載荷，分析整機(jī)動(dòng)力學(xué)模型內(nèi)、外部激勵(lì)的載荷特性；然后采用精細(xì)積分法和數(shù)值法對(duì)突變載荷下的整機(jī)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行求解，得到系統(tǒng)整體和各零部件的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)并分析系統(tǒng)參數(shù)對(duì)振動(dòng)特性的影響規(guī)律。
　　3)基于實(shí)測(cè)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的TBM刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性研究。通過(guò)掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)開展刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)試，基于相似理論設(shè)計(jì)搭建TBM刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)，建立相關(guān)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；分別測(cè)試不同電機(jī)驅(qū)動(dòng)載荷和刀盤轉(zhuǎn)速下的刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)，將