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河北工业大学硕士学位论文
摘 要
TBM(Tunnel Boring Machine)即隧道掘进机,是利用回转刀具破碎岩石,从而 形成隧道断面的一种先进的隧道施工机械。作为盾构机的关键部件之一,刀盘系统主 要起到开挖岩体、稳定工作面的功能。刀盘系统的工作性能直接影响到盾构施工的效 率。本文基于 ADAMS 对 TBM 刀盘系统的破岩过程进行刚柔耦合动力学仿真分析, 研究刀盘系统的载荷与动力特性,为盾构的安全、低振、平稳运行提供理论依据。本 文主要对以下几个方面的内容进行了研究。
(1)为了研究 TBM 刀盘系统在破岩掘进过程中的动力学行为,将掌子面设计成 具有凹槽和凸齿的形状。利用 UG 建立刀盘系统和不同齿高的掌子面刚性模型,并将 装配后的模型导入 ADAMS 中进行仿真计算,得出了刀盘上各个滚刀的接触力和加速 度变化曲线,并对不同破岩深度时的载荷和加速度变化情况进行了比较研究。结果表 明,岩块剥落的厚度会影响刀盘系统运行的平稳性。当岩块剥落厚度在 8~12 毫米变 化时,厚度在 9mm 时刀盘系统的运行最为平稳。
(2)为深入研究岩石柔性对刀盘系统动力学响应的影响,将平坦掌子面模型使 用 ANSYS 柔性化,再将刀盘系统刚性模型和柔性掌子面模型导入 ADAMS 中进行仿 真计算, 得到了刀盘上各个滚刀的接触力及其幅值变化曲线。结果显示,考虑上岩石 的柔性以后,刀盘系统的运行更加平稳。
(3)为研究柔性岩石的剥落对滚刀动力学行为的影响,将带有凸齿的掌子面与 单个刚性滚刀模型导入 ADAMS 并进行仿真计算,得到了滚刀与掌子面的接触力变化 规律,并分析了岩石性质对滚刀载荷的影响。
(4)为了研究刀盘系统的柔性性质对刀盘动力性能的影响,将柔性的刀盘系统 模型与凸齿高度 h=9mm 的刚性掌子面模型在 ADAMS 中进行动力学仿真计算,得到 了刀盘上各个滚刀与掌子面的接触力变化情况,并与柔性掌子面的相应结果进行了比 较分析。
关键字:TBM 刀盘 滚刀 ADAMS 载荷 刚柔耦合 动力学仿真
I
基于 ADAMS 的 TBM 刀盘系统载荷与动力特性仿真分析
II
河北工业大学硕士学位论文
ABSTRACT
TBM (Tunnel Boring Machine)is an advanced tunnel construction machinery which drives the rotary tools to excavate rock and to form the whole cross section of a tunnel. As one of the key components of TBM, cutter head plays a very important role in rock excavation and stabilizing the working face. The efficiency of the shield tunneling is dependent on the working performance of the cutter head. In this paper rigid-flexible coupling simulation analyses were carried out for the TBM cutter head during breaking rock based on ADAMS. The load and dynamic characteristics of the TBM cutter head were investigated in order to provide the theoretical suppor
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