基于轴承等效刚度法的TBM盘形滚刀模态分析

摘要

为了指导岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)所用盘形滚刀(以下简称滚刀)的选型和装配,在合理分析滚刀实际受力与轴承变形特性的基础上,基于等效刚度法,将复杂轴承结构简化成弹簧阻尼质点系统,并提出了ANSYS环境下滚刀动力学有限元建模方法.通过算例计算,提取了滚刀前五阶模态参数,归纳了各阶模态的振型特征,并结合TBM标准线切割实验台上获得的滚刀垂直力载荷特征,分析了算例滚刀模态激发的可能性.最后,在不改变模型其他参数的前提下,分析了轴承等效刚度对滚刀模态参数的影响规律,并从轴承选用和轴向预紧力两个方面,给出了改进建议.研究结果表明,滚刀一阶固有频率随着轴承等效径向刚度的增加而增加,但受轴承等效轴向刚度影响较小;算例滚刀一阶固有频率较低,与特定工况下阶跃破碎周期接近,故易引发刀具共振;高阶模态较难激发.