基于ADAMS的TBM刀盘系统载荷与动力特性仿真分析

摘要

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。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外发展现状

1.3 刀盘及刀具设计现状

1.4 论文研究主要内容

第二章 刀盘系统三维刚体模型的建立与动力学仿真

2.1 引言

2.2 刀盘系统三维模型的建立

2.3 刀盘系统的仿真分析

2.4 仿真结果

2.5 结果分析

2.6 本章小结

第三章 刚柔耦合动力学仿真之一——刚性刀盘系统与柔性无齿掌子面

3.1 引言

3.2 刀盘系统模型的修改

3.3 刀盘系统的仿真分析

3.4 仿真结果

3.5 本章小结

第四章 刚柔耦合动力学仿真之二——刚性滚刀与柔性有齿掌子面

4.1 引言

4.2 刀盘系统模型的修改

4.3 刀盘系统的仿真分析

4.4 仿真结果

4.5 结果分析

4.6 本章小结

第五章 刚柔耦合动力学仿真之三——柔性刀盘系统与刚性有齿掌子面

5.1 引言

5.2 刀盘系统仿真分析

5.4 仿真结果

5.5 本章小结

第六章 总结

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢