基于磁流变原理的TBM抗振系统设计
发布时间：2021-09-22 00:48
全断面岩石掘进机（TBM）是集机、电、液、控于一体的高端复杂隧道掘进装备,以其安全、优质、高效、环保等特点,广泛应用于水利水电、公路、铁路、市政等工程建设领域。主机系统在施工过程中担负着刀盘旋转和向前掘进的作用,是TBM最重要的系统。TBM正常掘进时,刀盘在多点强冲击突变载荷作用下,易引起主机系统的剧烈振动,而极端恶劣的振动往往会造成刀盘面板开裂、主轴承密封失效、主梁焊缝开裂等严重的工程问题,极大影响隧道施工的效率和安全。因此,对TBM主机系统进行动态特性分析及抑振设计显得至关重要。目前,对于TBM振动的研究主要集中在动力学特性的分析,关于TBM减振的研究还十分有限,仅有的研究也主要是通过设计动力吸振器对TBM主梁进行抑振,但动力吸振器在稳定性上具有一定的不足,对时变位移特性下TBM的振动控制效果有限。本文以开敞式TBM为例,对其主机系统振动特性展开深入研究和探讨,提出了一种新型的智能抗振设计方法,主要研究内容如下:1)基于多刚体动力学理论,借助动力学仿真软件Adams为分析手段,以TBM主机系统为研究对象,建立了主机系统动力学分析模型。之后对虚拟样机模型进行约束条件的设置,综合考虑齿...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 TBM发展研究现状
1.2.2 TBM动力学研究现状
1.2.3 磁流变阻尼器研究现状
1.3 本文的研究内容及技术路线
2 多点强冲击激励下TBM主机系统多自由度动力学模型
2.1 引言
2.2 TBM的组成及工作原理
2.2.1 TBM的组成
2.2.2 TBM的工作原理
2.3 TBM主机系统动力学模型
2.4 主机系统内部参数的确定
2.4.1 齿轮接触力参数
2.4.2 液压油缸参数
2.4.3 刀盘等效刚度阻尼
2.4.4 刀盘驱动系统参数
2.4.5 机头架等效刚度阻尼
2.4.6 其它参数
2.5 主机系统外部激励的确定
2.5.1 滚刀破岩模拟
2.5.2 滚刀三向载荷的确定
2.5.3 滚刀载荷的施加
2.6 本章小结
3 基于现场实测验证的TBM主机系统动力学行为及抗振灵敏度分析
3.1 引言
3.2 现场实测数据的动态响应验证
3.2.1 仿真分析方案
3.2.2 现场测试方案
3.2.3 实测数据与仿真结果的对比验证
3.3 主机系统的动态响应
3.3.1 时域振动分析
3.3.2 频域振动分析
3.4 系统动态响应的灵敏度分析
3.4.1 护盾油缸位置处敏感性分析
3.4.2 扭矩油缸位置处敏感性分析
3.4.3 推进油缸位置处敏感性分析
3.5 本章小结
4 基于磁流变原理的TBM主机抗振结构设计
4.1 引言
4.2 磁流变阻尼器添加的方案设计
4.3 磁流变阻尼器的工作原理
4.3.1 磁流变液的流变机理
4.3.2 磁流变阻尼器的工作模式
4.4 磁流变阻尼器结构形式的确定
4.5 磁流变阻尼器阻尼力的计算模型
4.5.1 剪切阀式阻尼器出力计算
4.5.2 气体补偿式单出杆阻尼器出力计算
4.6 磁流变阻尼器结构参数设计
4.6.1 材料的选择
4.6.2 基本参数的设计
4.6.3 气体补偿机构的设计
4.6.4 液压缸强度验算
4.7 本章小结
5 TBM主机磁流变抗振磁路设计
5.1 引言
5.2 磁路设计原则
5.3 磁路分析
5.3.1 磁路基本模型
5.3.2 磁路计算
5.3.3 线圈
5.4 磁路的有限元分析
5.5 本章小结
6 复杂工况下TBM磁流变抗振性能对比分析
6.1 引言
6.2 不同掘进工况下主机磁流变抗振性能分析
6.2.1 工况种类分析
6.2.2 主机抗振性能分析
6.3 不同突变载荷下主机磁流变抗振性能分析
6.3.1 突变载荷分析
6.3.2 主机抗振性能分析
6.4 不同转速下主机磁流变抗振性能分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流变液的研究综述[J]. 江泽琦,刘坪,方建华. 合成润滑材料. 2018(02)
[2]变刚度条件下隧道掘进机撑靴液压缸的动态特性[J]. 李琳,余海东,陶建峰,刘成良. 上海交通大学学报. 2017(09)
[3]TBM推进系统动力学特性分析[J]. 杨波,夏岩,李鹤,闻邦椿. 哈尔滨工程大学学报. 2017(08)
[4]TBM的发展历程[J]. D.威利斯,程方权. 水利水电快报. 2013(11)
[5]TBM水平支撑不同接触面积下的围岩稳定性分析[J]. 孙伟,凌静秀,霍军周,邓立营,巫思荣,党军锋. 哈尔滨工程大学学报. 2013(07)
[6]盘形滚刀切削单因素对切削力影响的研究[J]. 薛静,夏毅敏,周易,吴彩庭,袁鹏飞. 现代制造工程. 2012(09)
[7]中国铁路、隧道与地下空间发展概况[J]. 王梦恕. 隧道建设. 2010(04)
[8]软岩切削过程的三维数值模拟[J]. 夏毅敏,薛静,周喜温. 长安大学学报(自然科学版). 2010(04)
[9]磁流变液及其应用研究综述[J]. 张进秋,张建,孔亚男,高永强,贾进峰,王洪涛. 装甲兵工程学院学报. 2010(02)
[10]TBM刀具三维破岩仿真[J]. 谭青,张魁,夏毅敏,王凯,聂卫东. 山东大学学报(工学版). 2009(06)
博士论文
[1]TBM刀盘驱动系统分层次建模与耦合振动机理[D]. 丁鑫.大连理工大学 2017
[2]汽车悬架系统磁流变阻尼器研究[D]. 廖昌荣.重庆大学 2001
硕士论文
[1]单对水平支撑TBM支撑推进系统控制研究[D]. 石卓.浙江大学 2018
[2]TBM主机多自由度耦合动力学行为及实测验证[D]. 吴瀚洋.大连理工大学 2016
[3]TBM姿态控制技术研究[D]. 张振.浙江大学 2016
[4]单对水平支撑TBM支撑推进协调性研究[D]. 饶云意.浙江大学 2016
[5]TBM支撑—推进—换步机构动力学特性分析[D]. 陈青梅.天津大学 2016
[6]多点冲击下TBM刀盘裂纹萌生—扩展全寿命预测[D]. 欧阳湘宇.大连理工大学 2015
[7]硬岩掘进机（TBM）的动力学分析与振动控制[D]. 李献.上海交通大学 2015
[8]TBM支撑推进换步机液系统数字仿真分析[D]. 王子谦.天津大学 2014
[9]单筒充气型轿车磁流变液减振器研究[D]. 鞠锐.重庆大学 2014
[10]TBM刀盘系统振动特性分析与掘进现场测试研究[D]. 杨静.大连理工大学 2014
本文编号：3402819
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 TBM发展研究现状
1.2.2 TBM动力学研究现状
1.2.3 磁流变阻尼器研究现状
1.3 本文的研究内容及技术路线
2 多点强冲击激励下TBM主机系统多自由度动力学模型
2.1 引言
2.2 TBM的组成及工作原理
2.2.1 TBM的组成
2.2.2 TBM的工作原理
2.3 TBM主机系统动力学模型
2.4 主机系统内部参数的确定
2.4.1 齿轮接触力参数
2.4.2 液压油缸参数
2.4.3 刀盘等效刚度阻尼
2.4.4 刀盘驱动系统参数
2.4.5 机头架等效刚度阻尼
2.4.6 其它参数
2.5 主机系统外部激励的确定
2.5.1 滚刀破岩模拟
2.5.2 滚刀三向载荷的确定
2.5.3 滚刀载荷的施加
2.6 本章小结
3 基于现场实测验证的TBM主机系统动力学行为及抗振灵敏度分析
3.1 引言
3.2 现场实测数据的动态响应验证
3.2.1 仿真分析方案
3.2.2 现场测试方案
3.2.3 实测数据与仿真结果的对比验证
3.3 主机系统的动态响应
3.3.1 时域振动分析
3.3.2 频域振动分析
3.4 系统动态响应的灵敏度分析
3.4.1 护盾油缸位置处敏感性分析
3.4.2 扭矩油缸位置处敏感性分析
3.4.3 推进油缸位置处敏感性分析
3.5 本章小结
4 基于磁流变原理的TBM主机抗振结构设计
4.1 引言
4.2 磁流变阻尼器添加的方案设计
4.3 磁流变阻尼器的工作原理
4.3.1 磁流变液的流变机理
4.3.2 磁流变阻尼器的工作模式
4.4 磁流变阻尼器结构形式的确定
4.5 磁流变阻尼器阻尼力的计算模型
4.5.1 剪切阀式阻尼器出力计算
4.5.2 气体补偿式单出杆阻尼器出力计算
4.6 磁流变阻尼器结构参数设计
4.6.1 材料的选择
4.6.2 基本参数的设计
4.6.3 气体补偿机构的设计
4.6.4 液压缸强度验算
4.7 本章小结
5 TBM主机磁流变抗振磁路设计
5.1 引言
5.2 磁路设计原则
5.3 磁路分析
5.3.1 磁路基本模型
5.3.2 磁路计算
5.3.3 线圈
5.4 磁路的有限元分析
5.5 本章小结
6 复杂工况下TBM磁流变抗振性能对比分析
6.1 引言
6.2 不同掘进工况下主机磁流变抗振性能分析
6.2.1 工况种类分析
6.2.2 主机抗振性能分析
6.3 不同突变载荷下主机磁流变抗振性能分析
6.3.1 突变载荷分析
6.3.2 主机抗振性能分析
6.4 不同转速下主机磁流变抗振性能分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流变液的研究综述[J]. 江泽琦,刘坪,方建华. 合成润滑材料. 2018(02)
[2]变刚度条件下隧道掘进机撑靴液压缸的动态特性[J]. 李琳,余海东,陶建峰,刘成良. 上海交通大学学报. 2017(09)
[3]TBM推进系统动力学特性分析[J]. 杨波,夏岩,李鹤,闻邦椿. 哈尔滨工程大学学报. 2017(08)
[4]TBM的发展历程[J]. D.威利斯,程方权. 水利水电快报. 2013(11)
[5]TBM水平支撑不同接触面积下的围岩稳定性分析[J]. 孙伟,凌静秀,霍军周,邓立营,巫思荣,党军锋. 哈尔滨工程大学学报. 2013(07)
[6]盘形滚刀切削单因素对切削力影响的研究[J]. 薛静,夏毅敏,周易,吴彩庭,袁鹏飞. 现代制造工程. 2012(09)
[7]中国铁路、隧道与地下空间发展概况[J]. 王梦恕. 隧道建设. 2010(04)
[8]软岩切削过程的三维数值模拟[J]. 夏毅敏,薛静,周喜温. 长安大学学报(自然科学版). 2010(04)
[9]磁流变液及其应用研究综述[J]. 张进秋,张建,孔亚男,高永强,贾进峰,王洪涛. 装甲兵工程学院学报. 2010(02)
[10]TBM刀具三维破岩仿真[J]. 谭青,张魁,夏毅敏,王凯,聂卫东. 山东大学学报(工学版). 2009(06)
博士论文
[1]TBM刀盘驱动系统分层次建模与耦合振动机理[D]. 丁鑫.大连理工大学 2017
[2]汽车悬架系统磁流变阻尼器研究[D]. 廖昌荣.重庆大学 2001
硕士论文
[1]单对水平支撑TBM支撑推进系统控制研究[D]. 石卓.浙江大学 2018
[2]TBM主机多自由度耦合动力学行为及实测验证[D]. 吴瀚洋.大连理工大学 2016
[3]TBM姿态控制技术研究[D]. 张振.浙江大学 2016
[4]单对水平支撑TBM支撑推进协调性研究[D]. 饶云意.浙江大学 2016
[5]TBM支撑—推进—换步机构动力学特性分析[D]. 陈青梅.天津大学 2016
[6]多点冲击下TBM刀盘裂纹萌生—扩展全寿命预测[D]. 欧阳湘宇.大连理工大学 2015
[7]硬岩掘进机（TBM）的动力学分析与振动控制[D]. 李献.上海交通大学 2015
[8]TBM支撑推进换步机液系统数字仿真分析[D]. 王子谦.天津大学 2014
[9]单筒充气型轿车磁流变液减振器研究[D]. 鞠锐.重庆大学 2014
[10]TBM刀盘系统振动特性分析与掘进现场测试研究[D]. 杨静.大连理工大学 2014
本文编号：3402819
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