论文部分内容阅读
TBM（Tunnel Boring Machine）即隧道掘进机，是利用回转刀具破碎岩石，从而形成隧道断面的一种先进的隧道施工机械。作为盾构机的关键部件之一，刀盘系统主要起到开挖岩体、稳定工作面的功能。刀盘系统的工作性能直接影响到盾构施工的效率。本文基于ADAMS对TBM刀盘系统的破岩过程进行刚柔耦合动力学仿真分析，研究刀盘系统的载荷与动力特性，为盾构的安全、低振、平稳运行提供理论依据。本文主要对以下几个方面的内容进行了研究。（1）为了研究TBM刀盘系统在破岩掘进过程中的动力学行为，将掌子面设计成具有凹槽和凸齿的形状。利用UG建立刀盘系统和不同齿高的掌子面刚性模型,并将装配后的模型导入ADAMS中进行仿真计算，得出了刀盘上各个滚刀的接触力和加速度变化曲线，并对不同破岩深度时的载荷和加速度变化情况进行了比较研究。结果表明，岩块剥落的厚度会影响刀盘系统运行的平稳性。当岩块剥落厚度在8~12毫米变化时，厚度在9mm时刀盘系统的运行最为平稳。（2）为深入研究岩石柔性对刀盘系统动力学响应的影响，将平坦掌子面模型使用ANSYS柔性化，再将刀盘系统刚性模型和柔性掌子面模型导入ADAMS中进行仿真计算,得到了刀盘上各个滚刀的接触力及其幅值变化曲线。结果显示，考虑上岩石的柔性以后，刀盘系统的运行更加平稳。（3）为研究柔性岩石的剥落对滚刀动力学行为的影响，将带有凸齿的掌子面与单个刚性滚刀模型导入ADAMS并进行仿真计算，得到了滚刀与掌子面的接触力变化规律，并分析了岩石性质对滚刀载荷的影响。（4）为了研究刀盘系统的柔性性质对刀盘动力性能的影响，将柔性的刀盘系统模型与凸齿高度h=9mm的刚性掌子面模型在ADAMS中进行动力学仿真计算，得到了刀盘上各个滚刀与掌子面的接触力变化情况，并与柔性掌子面的相应结果进行了比较分析。