面向可靠性和振動(dòng)特性的TBM主軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來，世界各國不斷地增加對地下空間的開發(fā)利用，全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM)作為高效、安全、綠色的掘進(jìn)設(shè)備已成為首先的硬巖隧道成形設(shè)備，且具有十分廣闊的市場前景。主驅(qū)動(dòng)主軸承作為掘進(jìn)主機(jī)的關(guān)鍵承載部件，特殊的工作環(huán)境要求其具有高安全性、穩(wěn)定性、可靠性，因此在傳統(tǒng)主軸承設(shè)計(jì)理論和方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行考慮主軸承可靠性和穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究顯得十分必要，這也是行業(yè)內(nèi)企業(yè)對于主軸承設(shè)計(jì)重點(diǎn)關(guān)注的新方向之一。本文根據(jù)主軸承設(shè)計(jì)早期載荷信息缺乏

2、的特點(diǎn)，從刀盤動(dòng)態(tài)掘進(jìn)載荷仿真入手，對掘進(jìn)過程中主軸承的應(yīng)力譜進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而通過隨機(jī)應(yīng)力下結(jié)構(gòu)疲勞可靠度計(jì)算模型和系統(tǒng)元件失效相關(guān)特征建立了主軸承系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)可靠度預(yù)測方法。在研究主軸承系統(tǒng)的剛度特性基礎(chǔ)上，對時(shí)變載荷激勵(lì)下的主軸承振動(dòng)程度進(jìn)行分析，并根據(jù)主軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)與其振動(dòng)特征參數(shù)的映射關(guān)系，建立考慮結(jié)構(gòu)疲勞可靠性和振動(dòng)特征的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。
　　論文的具體工作和主要內(nèi)容可以做如下描述:
　　(1)根據(jù)掘進(jìn)機(jī)連續(xù)掘進(jìn)

3、特點(diǎn)，建立考慮復(fù)合地層、刀盤刀具布局、刀具切削載荷和刀盤復(fù)合載荷計(jì)算的刀盤載荷時(shí)間歷程的模擬方法。以刀盤載荷為輸入條件，根據(jù)主軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征對參數(shù)菲對稱的主軸承進(jìn)行靜態(tài)載荷及應(yīng)力分布計(jì)算，并編制動(dòng)態(tài)載荷下的應(yīng)力譜，運(yùn)用雨流計(jì)數(shù)法進(jìn)行多工況處理與合成，得到便于進(jìn)行疲勞可靠性分析的應(yīng)力分布的關(guān)鍵參數(shù)。
　　(2)以應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行隨機(jī)外部載荷下的主軸承疲勞可靠度預(yù)測，通過強(qiáng)度的非線性退化理論和材料本身的分散性研究結(jié)構(gòu)的剩

4、余強(qiáng)度時(shí)間歷程。采用JC法計(jì)算主軸承結(jié)構(gòu)的可靠度，并根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)失效關(guān)系建立了基于關(guān)聯(lián)矩陣和布爾函數(shù)的系統(tǒng)可靠度計(jì)算方法。
　　(3)研究主軸承振動(dòng)的形成及衡量振動(dòng)程度的參數(shù)，借助滾子滾道的接觸模型建立與疲勞可靠性匹配的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。通過系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)關(guān)鍵參數(shù)的分析研究，確定了以滾子滾道接觸剛度和阻尼為基礎(chǔ)的等效動(dòng)力學(xué)模型和方程。
　　(4)以主軸承的疲勞可靠度和振動(dòng)程度為目標(biāo)，系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)要求為約束，建立主軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化模