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基于MATLAB/Simulink的TBM边滚刀动力学模型及振动分析

         
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摘要

为解决TBM设备在硬岩地层施工过程中单刃边滚刀失效较严重的问题,对边滚刀在破岩过程中的振动特性进行研究。首先,基于对破岩时边滚刀的受力分析,将其所受载荷简化为垂向力、轴向力以及倾覆力矩,建立滚刀动力学模型。然后,运用MATLAB/Simulink建立边滚刀动力学仿真模型,由ANSYS/Ls-dyna仿真得到的边滚刀破岩载荷历程作为该动力学模型的输入激励,仿真得到边滚刀各部件振动位移响应曲线。最后,通过改变模型中滚刀各部件的刚度大小,研究其对滚刀振动的影响。研究发现:1)对于安装角为45°的边滚刀,在花岗岩地层中破岩时,其刀圈侧向振动幅度比垂向振动幅度大22%左右,侧向摆角最大可达到0.406°。2)刀圈与轴承的刚度是影响滚刀振动和侧向摆动的重要因素,增大1倍刀圈刚度,滚刀垂向、侧向振幅和摆动振幅分别降低26.6%、31.5%、31.0%;增大1倍轴承刚度,滚刀垂向、侧向振幅和摆动振幅分别降低19.5%、14.1%、21.7%。

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