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多点分布载荷下TBM刀盘系统振动响应分析

工程设计学报 2017年第3期24卷 317-322页

作者：凌静秀孙伟杨晓静童昕福建工程学院福建省数字化装备重点实验室福建福州350118 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

刀盘系统是全断面隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)装备的核心部件,其工作环境极端恶劣,系统振动剧烈,导致关键构件发生异常失效,影响整机掘进效率。为此,有必要研究TBM刀盘系统的动态特性,分析不同参数对结构振动响应的影响,为... 详细信息

刀盘系统是全断面隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)装备的核心部件,其工作环境极端恶劣,系统振动剧烈,导致关键构件发生异常失效,影响整机掘进效率。为此,有必要研究TBM刀盘系统的动态特性,分析不同参数对结构振动响应的影响,为系统设计及参数匹配提供理论基础。基于已有的TBM刀盘系统动力学模型,以某供水工程TBM刀盘系统为研究对象,对空间多点分布载荷下刀盘振动响应的参数影响规律进行了分析。研究结果表明,刀盘的分体质量比例控制在13%~14%时,刀盘轴向振动最小;刀盘转速高于2r/min时,其径向及扭转振动波动较明显,且得到了一系列峰值突变的转速点;驱动小齿轮均匀布置时,刀盘径向振动最小,振动幅度比非均匀布置时小近30%。分析结果可为刀盘的结构设计及系统参数匹配提供指导。

关键词： TBM 多点分布载荷刀盘系统振动响应参数影响

TBM刀盘系统多自由度耦合固有特性及敏感度

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东北大学学报（自然科学版） 2015年第4期36卷 546-550页

作者：凌静秀孙伟霍军周邓立营大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 北方重工集团有限公司辽宁沈阳110141

综合考虑时变啮合刚度、轴承刚度、综合传递误差、阻尼等影响因素,建立了TBM刀盘系统的平移-扭转-倾覆多自由度耦合动力学模型.基于实际工程项目的刀盘系统参数求解固有频率和振型,并研究系统参数对固有频率的影响及敏感度问题.研究结... 详细信息

综合考虑时变啮合刚度、轴承刚度、综合传递误差、阻尼等影响因素,建立了TBM刀盘系统的平移-扭转-倾覆多自由度耦合动力学模型.基于实际工程项目的刀盘系统参数求解固有频率和振型,并研究系统参数对固有频率的影响及敏感度问题.研究结果表明,刀盘系统低阶固有频率为57和61 Hz,对应振型分别为电机和小齿轮的纯扭转振动及刀盘和大齿圈平移倾覆耦合振动,刀盘分体的切向支撑刚度和质量的敏感区间分别为3~4 GN/m和19~23 t.

关键词：刀盘系统多自由度耦合固有特性灵敏度参数影响

盾构刀盘系统界面载荷力学表征与近似计算模型

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力学学报 2012年第5期44卷 861-868页

作者：张茜蔡宗熙黄干云侯振德亢一澜郑琳天津大学机械工程学院力学系天津300072 山西省万家寨引黄工程管理局太原030000

针对地下隧道施工重型盾构装备,提出了一种刀盘系统界面载荷的力学表征与近似计算方法.在刀盘系统与掘进界面岩土间相互作用的解耦分析基础上,引入岩土屈服破坏效应的影响,修正了掘进界面边缘区域应力集中的问题,给出了刀盘系统界面载... 详细信息

针对地下隧道施工重型盾构装备,提出了一种刀盘系统界面载荷的力学表征与近似计算方法.在刀盘系统与掘进界面岩土间相互作用的解耦分析基础上,引入岩土屈服破坏效应的影响,修正了掘进界面边缘区域应力集中的问题,给出了刀盘系统界面载荷沿半径方向非线性分布的规律.考虑到实际施工中的地质条件、掘进进尺、刀盘拓扑结构,以及地下埋深等因素对掘进载荷的影响,建立了刀盘系统推力与扭矩的综合分析与计算模型,实现了地质力学性能、装备掘进状态、装备结构特征3类关键因素与掘进载荷间相互影响规律的力学描述;结合天津地铁工程实例,分析与验证了界面载荷模型的有效性.

关键词：盾构刀盘系统界面载荷解耦分析屈服修正

特种封存防锈油的研发及其在盾构机刀盘系统齿轮箱中的应用

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材料保护 2019年第1期52卷 129-132,146页

作者：杨伟尤荟旻上海海联润滑材料科技有限公司上海200235

盾构机刀盘系统严酷的使用环境对刀盘系统齿轮箱提出了很高的防锈要求。选择合适的基础油和添加剂配方,调配成能适应该环境的特种封存防锈油。对该防锈油进行常规理化指标试验,考察其基本性状;之后与某品牌普通封存防锈油进行防锈性能比... 详细信息

盾构机刀盘系统严酷的使用环境对刀盘系统齿轮箱提出了很高的防锈要求。选择合适的基础油和添加剂配方,调配成能适应该环境的特种封存防锈油。对该防锈油进行常规理化指标试验,考察其基本性状;之后与某品牌普通封存防锈油进行防锈性能比较,并考察2种防锈油在混入杂质油的苛刻环境下的防锈性能变化情况。结果表明:特种封存防锈油在试验条件下性状稳定,具有良好的防锈性能,同时又有相对更好的容许混入杂质油的能力,在混入一定量齿轮油或润滑脂析出油后,防锈能力下降并不明显。在盾构机使用方基地进行应用时,针对现场条件,制订了该防锈油应用的指导意见,使用效果良好。

关键词：防锈油盾构机刀盘系统封存防锈性能应用

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盾构掘进机液压系统参数匹配特性

浙江大学学报（工学版） 2011年第10期45卷 1809-1814页

作者：刘国斌龚国芳周如林施虎浙江大学流体传动及控制国家重点实验室浙江杭州310027

在分析盾构掘进机的推进系统和刀盘系统的基础上,推导推进系统压力、刀盘系统压力、推进系统净流量与刀盘系统流量之间的关系,通过实验数据验证了推导模型的正确性.分析土舱内土体的流动连续性,得到螺旋输送机流量、刀盘系统流量、推进... 详细信息

在分析盾构掘进机的推进系统和刀盘系统的基础上,推导推进系统压力、刀盘系统压力、推进系统净流量与刀盘系统流量之间的关系,通过实验数据验证了推导模型的正确性.分析土舱内土体的流动连续性,得到螺旋输送机流量、刀盘系统流量、推进系统压力与土舱压力之间的1阶微分方程式,提出以推进压力、土舱压力和刀盘转速的实时数据采样值为输入,螺旋输送机转速为输出的基于排土控制的前馈-反馈土压平衡模型.可知,土舱压力是由推进系统压力、刀盘系统流量和螺旋输送机流量多个因素共同决定的.实验表明,前馈-反馈控制模型的控制效果较好.

关键词：盾构掘进机刀盘系统推进系统土压平衡参数匹配

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TBM刀盘系统动力学分层求解方法

组合机床与自动化加工技术 2020年第9期 62-66页

作者：安劭侠郭正刚李海周王明华霍军周徐兆辉大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 中铁十一局集团第五工程有限公司重庆400037

全断面硬岩掘进机(TBM)作为一种高效的地下掘进设备,其复杂多变的工况环境往往造成其诸多的不确定因素,这些不确定因素往往会对动力学的求解造成很大的影响。针对这种情况,文章以区间理论为基础,提出了一种考虑不确定因素下的刀盘系统... 详细信息

全断面硬岩掘进机(TBM)作为一种高效的地下掘进设备,其复杂多变的工况环境往往造成其诸多的不确定因素,这些不确定因素往往会对动力学的求解造成很大的影响。针对这种情况,文章以区间理论为基础,提出了一种考虑不确定因素下的刀盘系统动力学分层求解的方法。首先,建立刀盘系统的动力学模型,并与不确定因素进行结合建立了含不确定因素的动力学微分方程;其次,进行典型动力学求解方法对比分析,来确定不确定因素下的动力学响应区间中值的求解方法,并利用中央差分理论求解动力学响应区间半径;最后,通过分层求解得到刀盘系统相应的动力学响应边界与实测数据的对比分析,发现文章提出的分层方法能够很好地包络实测的数据,也验证了该文方法的可行性和有效性。

关键词：刀盘系统不确定因素分层求解区间理论

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盾构刀盘系统掘进性能评价方法研究

现代隧道技术 2017年第5期54卷 108-114,121页

作者：武力李欣芯关天民屈福政张佳媛大连交通大学机械工程学院大连116028 大连理工大学机械工程学院大连116023

研究刀盘系统掘进性能评价方法有助于刀盘设计方案的优选,对于提高盾构掘进效率,降低施工成本和提高施工安全性具有重要意义。文章将仿真分析与模糊评价方法相结合,提出一种根据刀盘掘进性能优劣来确定最优刀盘设计方案的模糊综合评价... 详细信息

研究刀盘系统掘进性能评价方法有助于刀盘设计方案的优选,对于提高盾构掘进效率,降低施工成本和提高施工安全性具有重要意义。文章将仿真分析与模糊评价方法相结合,提出一种根据刀盘掘进性能优劣来确定最优刀盘设计方案的模糊综合评价方法。文章首先提出了刀盘的掘进性能指标,建立了刀盘系统掘进的离散元仿真模型和掘进性能指标的获取方法;其次以五个刀盘掘进性能指标为评价因素,根据专家评分法确定因素的重要程度,以仿真和分析数据确定评价因素的等级指标和评价矩阵,并采用广义模糊合成算法对刀盘掘进性能进行模糊综合评价;最后以北京地铁砂卵石地层盾构隧道施工为例,采用模糊综合评价法得出辐条式盾构刀盘掘进性能优于辐板式盾构刀盘的结论。

关键词：盾构刀盘系统掘进性能模糊评价离散元有限元

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TBM刀盘弹性变形研究

中国水利水电科学研究院学报 2018年第6期16卷 549-554页

作者：张照煌洪文孙显星华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206

刀盘是全断面岩石掘进机的关键部件,通过螺栓联接到刀盘大轴承并成为主机的重要组成部分。由于螺栓和刀盘都属弹性材料,刀盘与其轴承间的支撑联接关系在掘进过程中对刀盘形变有决定性影响,因此,论文通过对刀盘弹性变形理论模型的构建,... 详细信息

刀盘是全断面岩石掘进机的关键部件,通过螺栓联接到刀盘大轴承并成为主机的重要组成部分。由于螺栓和刀盘都属弹性材料,刀盘与其轴承间的支撑联接关系在掘进过程中对刀盘形变有决定性影响,因此,论文通过对刀盘弹性变形理论模型的构建,分别给出了刀盘在简支和夹支支撑条件下的中面弯曲弹性变形方程并通过刀盘外载荷确定给出了两种支撑条件下刀盘变形曲线;通过有限元分析发现,刀盘的实际支撑应介于简支和夹支之间,其中简支约占12%～16%,夹支约占84%～88%,而刀盘弹性变形最大处位于其中心r=0.28 m的圆域内。此结论为全断面岩石掘进机施工过程中刀盘形变分析提供了借鉴。

关键词：刀盘系统全断面岩石掘进机载荷弹性变形

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凯式TBM刀盘驱动系统研究

凯式TBM刀盘驱动系统研究

作者：施云龙西安理工大学

学位级别：硕士

目前城市轨道及山岭铁路、水利工程已将硬岩TBM(Tunnel Boring Machine)作为主要施工设备使用,在许多需要建造小洞径、大坡度的隧道中对具有小直径而内部空间大的凯式TBM需求增多。世界范围内对凯式TBM有所研究的生产厂商只有极少几家,... 详细信息

目前城市轨道及山岭铁路、水利工程已将硬岩TBM(Tunnel Boring Machine)作为主要施工设备使用,在许多需要建造小洞径、大坡度的隧道中对具有小直径而内部空间大的凯式TBM需求增多。世界范围内对凯式TBM有所研究的生产厂商只有极少几家,而刀盘驱动系统作为凯式TBM的核心系统直接关系到设备整体稳定性及施工效率。本文针对凯式TBM刀盘驱动系统的驱动设计及实验验证两方面进行研究和改进。首先,通过对国内外刀盘扭矩计算方法进行分析,最终选择以理论分析结合实践经验的计算方法计算出本课题TBM刀盘扭矩值。通过扭矩计算结果进行驱动功率设计并进行驱动电机选择及驱动配电系统进行设计。对耦合和非耦合两类控制方式分析后发现非耦合性控制中并行控制与串行控制两种驱动策略可适用于凯式TBM刀盘驱动控制,结合硬岩凯式TBM工作特点最终选择同步控制方式。并对刀盘启动运行的逻辑互锁就流程进行了设计。然后通过现场应用数据分析,对TBM刀盘启动及运行过程中多电机同步运行的电流、扭矩及刀盘扭矩等数据的同步性进行了分析比对,验证了驱动系统设计的合理性;展示了滑差同步算法的缺陷,并提出一种基于负载观测的耦合同步控制算法,利用滑模观测器和双曲正弦微分观测器对电机负载进行观测并计算各电机负载的平均值,再通过比例微分环节将其与其他电机的扭矩输入进行耦合;对该算法进行了仿真得到了良好的同步效果。本文通过对凯式TBM刀盘驱动系统设计和控制方面的研究及改进,很大程度提升了凯式TBM的设备稳定性、设备效率及施工设备成本控制,为后续同类型设备研究提供参考借鉴。

关键词：凯式TBM 刀盘系统驱动控制多电机同步