基于MATLAB/Simulink的TBM边滚刀动力学模型及振动分析

摘要：

为解决TBM设备在硬岩地层施工过程中单刃边滚刀失效较严重的问题,对边滚刀在破岩过程中的振动特性进行研究.首先,基于对破岩时边滚刀的受力分析,将其所受载荷简化为垂向力、轴向力以及倾覆力矩,建立滚刀动力学模型.然后,运用MATLAB/Simulink建立边滚刀动力学仿真模型,由ANSYS/Ls-dyna仿真得到的边滚刀破岩载荷历程作为该动力学模型的输入激励,仿真得到边滚刀各部件振动位移响应曲线.最后,通过改变模型中滚刀各部件的刚度大小,研究其对滚刀振动的影响.研究发现:1)对于安装角为45°的边滚刀,在花岗岩地层中破岩时,其刀圈侧向振动幅度比垂向振动幅度大22％左右,侧向摆角最大可达到0.406°.2)刀圈与轴承的刚度是影响滚刀振动和侧向摆动的重要因素,增大1倍刀圈刚度,滚刀垂向、侧向振幅和摆动振幅分别降低26.6％、31.5％、31.0％;增大1倍轴承刚度,滚刀垂向、侧向振幅和摆动振幅分别降低19.5％、14.1％、21.7％.

关键词：TBM、边滚刀、动力学模型、振动、刚度、MATLAB/Simulink、ANSYS/Ls-dyna

所属期刊栏目：40

分类号：U45(隧道工程)

资助基金：国家重点研发计划2017YFB0305905

在线出版日期：2020-08-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：833-839