盾构机盘形滚刀垂向振动特性研究

论文摘要

当前,中国已经成为世界最大的盾构机市场,我国盾构机市场需求旺盛。据有关专家预计,随着我国城市轨道交通的发展,各类盾构掘进机未来潜在市场将有200亿元以上的产值。作为盾构机刀盘上一类重要的掘进刀具——滚刀,在掘进过程中不仅破岩量大,而且速度快,其破岩效率直接影响了盾构机掘进的效率。而滚刀的垂向振动直接影响滚刀的破岩效率、滚刀的使用寿命。研究滚刀振动特性,对于指导设计高效高性能滚刀,以及对盾构机刀盘轴向推进系统动力学模型的深入研究意义极其重大。本论文来源于该973项目中的子课题——“岩土切削机理与刀盘设计理论”本文完成了如下的主要工作：(1)分析了盘形滚刀的力学模型,在以往研究的二自由度振动模型基础上,将盘形滚刀分为三部分进行分析研究,进行了更为合理的节点划分、质量集中和刚度、阻尼的研究与计算,建立了三自由度的盘形滚刀垂向振动模型。该模型能够更为贴近的反映盘形滚刀垂向振动的实际情况。(2)利用MATLAB软件对滚刀垂向振动模型进行了仿真。本文以海瑞克滚刀与实验滚刀为例进行了算例分析,并分别以接近实际工况的阶跃力和正弦力作为输入条件,对振动模型进行了仿真。通过仿真分析了滚刀振动的特性。(3)设计了实验台盘形滚刀固有频率测量实验。根据幅频特性曲线确定盘形滚刀固有频率,由此验证相关的结论。(4)利用现有回转切削实验平台,设计了实验台盘形滚刀垂向振动测试系统,成功解决了滚刀振动测试难的问题。通过实验,获得了实验台盘形滚刀切削过程中的振动曲线。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 项目的研究背景论文课题来源
• 1.1.1 项目的研究背景
• 1.1.2 论文课题来源
• 1.2 盘型滚刀的基本结构概述及相关研究现状
• 1.2.1 盘形滚刀基本结构概述
• 1.2.2 弹性体的振动研究的现状
• 1.2.3 滚动轴承振动的研究现状
• 1.2.4 轴类振动研究情况
• 1.3 论文研究的目的、意义和主要内容
• 1.3.1 本文研究的目的与意义
• 1.3.2 本文主要内容
• 第二章 滚刀垂直（贯入）方向的振动模型研究
• 2.1 引言
• 2.2 力学模型划分与分析
• 2.2.1 刀圈-刀体（弹性体）力学模型分析
• 2.2.2 滚动轴承的力学模型分析
• 2.2.3 刀轴的力学模型分析
• 2.3 垂直激励振动模型建立
• 2.4 振动模型参数确定
• 2.4.1 海瑞克滚刀的参数确定
• 2.4.2 实验滚刀的参数确定
• 2.5 本章小结
• 第三章 计算机仿真与固有频率实验验证
• 3.1 引言
• 3.2 模型的计算机仿真
• 3.2.1 以锯齿形力为系统输入条件的计算机仿真
• 3.2.3 以正弦力为系统输入条件的计算机仿真
• 3.3 实验验证
• 3.3.1 实验台滚刀固有频率测试实验方案
• 3.3.2 实验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 实验台振动测试实验与数据分析
• 4.1 实验内容
• 4.2 实验条件
• 4.3 实验试样制备
• 4.4 间接测试的实验方案
• 4.4.1 盘形滚刀回转切削振动测试实验设计要求
• 4.4.2 实验台测试系统的组成及硬件的主要特性
• 4.4.3 间接测试的传感器的安装
• 4.5 间接测试的可行性分析
• 4.6 实验结果及分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 论文的主要工作和结论
• 5.2 论文的创新点
• 5.3 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要研究成果