重载冲击激励下TBM刀盘振动特性的影响因素分析

霍军周，欧阳湘宇，王亚杰，蔡宝

(大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024)

全断面岩石隧道掘进机(full-face hardrock tunnel boring machine，TBM)是集掘进、排碴和衬砌等功能于一体的隧道掘进大型复杂装备。刀盘是TBM的关键部件，它承载着数十把滚刀对岩体进行切削。掘进过程中刀盘将承受大扭矩、大推力和随机突变载荷的作用，这通常会导致刀盘的剧烈振动［1］。近几年关于刀盘系统的研究主要集中在滚刀破岩机理和滚刀布置两方面:程军等［2］分析了TBM滚刀的破岩机理，通过有限元分析获得了滚刀正压力与贯入量之间的关系和不同地质条件下刀间距的合理范围。李刚等［3］基于断裂力学和CSM预测模型，对滚刀进行了受力分析并提出了计算滚刀各个载荷的一般方法。刘泉声等［4］分析了滚刀的运动规律，建立了适用于常截面滚刀的破岩力计算模型。SAMUEL等［5］对4.1 m的罗宾斯刀盘进行现场载荷测试，研究滚刀载荷变化规律，并与其设备性能参数比较。ZHANG等［6］在硬岩实验室对1.75 m的TBM刀盘滚刀载荷进行测试，提出滚刀载荷测量的数学处理方法。ROSTAMI等［7］对影响刀盘性能的不同因素进行分析，从滚刀布置的角度评价刀盘的承载平衡性能。Z X Cai，Y L Kang［8-9］等推导新的刀盘比能计算模型，评价盾构机的能耗性能指标，并对工程实测数据进行分析得到不同工况下切削深度的最佳范围。谭青等［10］采用离散元二维仿真得到了不同切深下比能耗与刀间距的规律，并以线性切割实验验证了所得结论。李刚等［11］还通过三维仿真与实验的方法研究了确定滚刀最优刀间距的方法。……