[發(fā)明專利]一種用于TBM刀盤減振的設(shè)計方法

有效

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• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109522626B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 霍軍周;季文博;徐兆輝;孟智超
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;E21D9/087
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明提供了一種用于TBM刀盤減振的設(shè)計方法，屬于全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)減振設(shè)計領(lǐng)域。TBM在極其復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中破碎巖石，在長期惡劣的工況條件下頻繁承受沖擊載荷，振動劇烈。針對TBM在破巖過程中，滾刀與巖石之間強(qiáng)烈的相互作用使TBM刀盤產(chǎn)生劇烈振動的問題，從更換零部件材料的角度，力求在貼近滾刀處減振，現(xiàn)將滾刀連接楔形塊材料更換為阻尼合金，通過阻尼合金的內(nèi)耗將振動減弱。另外，通過對不同結(jié)構(gòu)刀盤在不同工況下的仿真分析，找出刀盤上振動劇烈的區(qū)域，并將該區(qū)域內(nèi)滾刀連接楔形塊材料更換為阻尼合金，以降低減振成本，從而實(shí)現(xiàn)將部分滾刀連接楔形塊材料更換為阻尼合金來減振的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，在已有的傳統(tǒng)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的滾刀-刀座連接結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種將部分滾刀連接楔形塊材料更換為阻尼合金的TBM刀盤減振方案。

背景技術(shù)

近些年來，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科技的進(jìn)步，以及人口的迅猛增長導(dǎo)致了土地資源的日益貧乏，世界各國逐漸開始加強(qiáng)對地下空間的開發(fā)。全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)作為隧道施工領(lǐng)域的大型高端裝備的應(yīng)用也越來越廣泛。目前，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)廣泛應(yīng)用于水利、電力、鐵道、煤礦、交通以及城市地下工程等領(lǐng)域。TBM在極其復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中破碎巖石，在長期惡劣的工況條件下頻繁承受沖擊載荷，刀盤振動劇烈。TBM在工作過程中強(qiáng)烈的振動會嚴(yán)重影響掘進(jìn)效率，導(dǎo)致刀盤筋板開裂、刀盤刀座焊縫開裂、主軸承密封失效等嚴(yán)重的工程問題，增加了機(jī)器的維修成本和工程周期。滾刀作為全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)與巖石接觸的部件，直接參與破巖過程，承受著空間多點(diǎn)隨機(jī)載荷的共同作用，振動劇烈并且其振動形式經(jīng)楔形塊、刀座傳遞給刀盤，其連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

目前，在機(jī)械減振領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了兩種基本途徑：一是設(shè)計和采用減振結(jié)構(gòu)；二是研制和采用阻尼材料。在全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的減振領(lǐng)域，目前國內(nèi)外已經(jīng)有部分學(xué)者和企業(yè)進(jìn)行了一定的研究，但他們僅從改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的機(jī)理來考慮減振問題，并且減振效果一般。目前，在材料減振的領(lǐng)域，阻尼合金材料的研制已經(jīng)脫離實(shí)驗(yàn)室并且已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，具有結(jié)構(gòu)簡便、體積小、輕量化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于船舶、航空航天、家用電器等領(lǐng)域。

基于以上情況，本發(fā)明提出了將部分滾刀連接楔形塊材料更換為阻尼合金的TBM刀盤減振方案。TBM刀盤減振效果明顯，減少了振動對TBM其他部件的損傷，也大大降低了減振所需的成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明立足于解決全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過程中刀盤強(qiáng)烈的振動問題。在破巖過程中，巖石與滾刀之間強(qiáng)烈的相互作用作為振源，力求在貼近振源處減振，以減少振動對其他部件的影響。現(xiàn)以傳統(tǒng)的滾刀-刀座連接結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，利用阻尼合金可以通過自身內(nèi)耗減振的特點(diǎn)，通過將滾刀連接楔形塊材料更換為阻尼合金來達(dá)到減振的目的。另外，由于阻尼合金價格昂貴，刀盤上滾刀數(shù)量較多，若將所有滾刀連接楔形塊材料全部更換為阻尼合金，成本較大。因此，本發(fā)明將TBM刀盤(如圖2)劃分為若干區(qū)域，將刀盤振動劇烈區(qū)域內(nèi)的滾刀連接楔形塊材料更換為阻尼合金，降低了減振所需成本，從而實(shí)現(xiàn)將部分滾刀連接楔形塊材料更換為阻尼合金來減振的目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種用于TBM刀盤減振的設(shè)計方法，將部分滾刀連接楔形塊材料更換為阻尼合金，具體材料優(yōu)化模型公式如下：