tbm支撑—推进—换步机构动力学特性分析

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1、天津大学硕士学位论文TBM支撑-推进-换步机构动力学特性分析DynamicCharacteristicAnalysisofGripping-thrusting-regrippingMechanismofTBM学科专业：机械工程作者姓名：陈青梅指导教师：汪菲副教授企业导师：范胜波高工天津大学机械工程学院二零一五年十二月中文摘要全断面硬岩掘进机（简称TBM）具有掘进速度快、施工工期短、对生态环境友好、综合效益高等优点，主要应用于公路、铁路、水利、市政建设等隧道施工中。支撑-推进-换步机构是TBM掘进作业的核心机构，直接影响整机的掘进效率与掘进

2、精度，在施工过程中，由于强冲击载荷等原因导致机构振动剧烈，关键结构件易损坏。本文基于此工程问题，对TBM支撑-推进-换步机构的动力学特性进行了相关研究，主要内容如下：简述机构组成及工作原理，并应用修正的G-K公式计算了机构的自由度。在此基础上，建立机构位置逆解模型，揭示刀盘位姿与各驱动油缸输入参数间的映射规律，为后续动力学中的位置参数确定奠定理论基础。在考虑围岩刚度的情况下，采用集中参数法，建立TBM支撑-推进-换步机构的动力学模型，求出该模型的固有频率和振型，通过振型分析可得一阶固有频率为主梁沿掘进方向的扭转。分析固有频率随参数变化的影

3、响规律，得出油缸的刚度是影响固有频率的主要因素，且在固有频率随刚度变化的过程中出现模态跃迁现象，找出模态跃迁点的位置，有效避免剧烈振动。最后，应用数值解法求解该机构的动态响应，并分析各参数对位移响应幅值的影响，研究发现，增大刚度是减小幅值的有效手段。基于此结论，在考虑油缸布置空间、固有频率及经济成本等因素下，研究单一参数和多参数动力学修改方案，并选出最优方案，为动力学优化提供技术支撑。关键词：支撑-推进-换步机构；灵敏度；固有频率；动态响应；幅值IAbstractFullfacehardrocktunnelboringmachine(sh

4、ortforTBM)hastheadvantagesoffast,highquality,environmentalprotection,highlycomprehensivebenefit.Itisthemajorequipmentfortunnelconstructionofhighway,railway,waterconservancy,municipalconstructionandsoon.Gripping-thrusting-regrippingmechanismisthecoretransmissionassemblyuni

5、t,whichhasadirectimpactonthedrivingefficiencyandprecision.Duringtunnelconstruction,theseverevibrationcausesimportantstructuraldamageundertheimpulsiveload.OntheBasisoftheconstructionproblem,thedynamiccharacteristicisstudied.Themaincontentofthedissertationisasfollows:Mechan

6、ismcompositionandworkingprinciplearedescribed,andtheDOFofinstitutioniscalculatedbythecorrectedformulaofG-K.Themodelofinversepositionanalysisisestablished,whichrevealsthemappingrulesbetweenthehydrauliccylinderparametersandthemainbeampose.ThatProvidestheoreticalbasisforsubs

7、equentanalysis.Asimplifieddynamicmodelofagripping-thrusting-regrippingmechanismisdevelopedbasedontheconcentratedparametermethodundertheconditionofconsideringthestiffnessofsurroundingrock.ThroughtheanalysisofVibrationmode,itgeneralizesthatthefirstvibrationmodeisthetorsiona

8、lmotionofthemainbeam.Throughtheinfluenceregularitiesofthenaturalfrequencywiththeparametersvariat