新型TBM推进机构力传递性能分析

李 业，张 静，章登超，王超飞

(华东交通大学 机电与车辆工程学院，江西 南昌 330013)

0 引言

硬岩全断面掘进机(Tunnel Boring Machine，简称TBM) 是一种集机、电、液、传感以及信息技术等多学科于一体的专门用于隧道开挖的工程设备[1-2]。TBM工作环境极其复杂，极限重载荷、大突变载荷以及强振动载荷都会造成其关键零部件损伤或失效。掘进机推进系统作为TBM关键子系统，是掘进过程中的关键装置，不仅需要完成推进工作，同时需要完成掘进过程中调姿、转弯、调向等功能[3]。若传力装置某些方面工作能力不足，将导致其不能够适应复杂的地质环境，因此提高其力传递性能显得尤为重要。清华大学刘辛军教授[4]以传动角的概念为基础,定义了评价并联机构运动/力传递性能的LTI(局部传递指标)、GTW(优质工作空间)和GTI(全域传递指标)。为解决推进系统在掘进过程中刚柔冲突这对矛盾，清华大学徐尤南博士[5]提出新的推进载荷顺应性设计理论与方法，所提出的理论从力与运动的耦合性、力与变形的耦合性以及弹性储能三个方面进行了评价，并以该理论为基础，设计开发了新型混联式TBM掘进机构。

本文将以搭建的新型TBM缩尺实验台重构后的推进机构为研究对象，首先运用SolidWorks对重构后的推进机构进行三维建模，其次基于机构运动耦合度指标对机构调向力与调向力矩进行分析，结合MATLAB对计算数据进行处理，得到调向力与调向力矩与推进位移关系图；最后以运动耦合度指标作为评价推进机构动力传递性能优劣的指标，对V型推进机构与Π型推进机构进行力传递性能评价，该指标对试验台的实验验证及工程应用具有重要意义[6]。……