基于液粘調(diào)速離合器的TBM脫困技術(shù)研究.pdf

1、全斷面掘進裝備（Tunnel Boring Machine，簡稱TBM）是集機、電、液壓、傳感、信息技術(shù)于一體的隧道施工成套裝備，它主要由推進系統(tǒng)、刀盤系統(tǒng)、支撐換步機構(gòu)、輔助支護設(shè)備、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、后配套系統(tǒng)及輔助設(shè)備等組成。TBM在掘進過程中由于圍巖特性變化等原因常常發(fā)生被困事故，嚴重影響了施工進度，耗費大量的人力物力。如果驅(qū)動機構(gòu)能提供足夠大的脫困扭矩，使得TBM在圍巖破碎工況發(fā)生前快速通過高危區(qū)，可以大大的提高施

2、工效率，故有必要對刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的脫困能力提升展開研究。
　　本文設(shè)計了變頻電機、飛輪與液粘調(diào)速離合器(HVC)協(xié)同控制的新型驅(qū)動方案，可以在不增加TBM刀盤驅(qū)動系統(tǒng)裝機功率的前提下提高脫困扭矩，改善驅(qū)動性能，提高能量使用效率。其關(guān)鍵點及難點就在于液粘調(diào)速離合器的有效使用及合理控制，因此，研究液粘調(diào)速離合器，揭示粘性傳動機理，提高其扭矩傳遞能力，在此基礎(chǔ)上建立刀盤脫困的協(xié)同控制方法，是研究TBM刀盤脫困技術(shù)的兩個問題。
　　本

3、文的主要研究內(nèi)容如下:
　　第一章闡述了TBM脫困技術(shù)的課題背景和研究意義，對已有的刀盤驅(qū)動技術(shù)進行了介紹，并設(shè)計了新型的刀盤驅(qū)動方案。由于該方案中，液粘調(diào)速離合器起了非常重要的作用，故對其發(fā)展及相關(guān)技術(shù)也進行了調(diào)查研究，總結(jié)了液粘調(diào)速離合器及其摩擦副流場、起動接合控制的研究現(xiàn)狀，分析了前人研究的不足之處及本研究的必要性，最后對本論文的主要研究內(nèi)容進行了介紹。
　　第二章主要是進行液粘調(diào)速離合器的基礎(chǔ)研究，對其工作原理進行了

4、說明，對離合器油膜受力情況，尤其是油膜承載力進行了詳細的推導(dǎo)。之所以花了很大的篇幅進行液粘調(diào)速離合器油膜的受力分析，是因為其受力情況直接決定了油膜厚度值和離合器傳遞的扭矩值，這為第四章對TBM脫困的性能分析以及AMESim仿真模型的搭建等建立了基礎(chǔ)。
　　第三章對液粘調(diào)速離合器油膜厚度的分布進行了分析。通過分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的液粘調(diào)速離合器油膜厚度分布不均，這會導(dǎo)致離合器工作過程中產(chǎn)生摩擦副偏磨現(xiàn)象，降低傳遞的扭矩值，減少離合器的

5、工作壽命。由于在原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上很難對此做出較好的改進，故對傳統(tǒng)的液粘調(diào)速離合器結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，并從理論和仿真兩個角度將改進前與改進后的離合器油膜厚度分布均勻性、傳遞扭矩的能力進行了對比。
　　第四章主要是利用AMESim軟件搭建基于電機、液粘調(diào)速離合器、負載模型的TBM能量傳遞模型，成功得實現(xiàn)了裝機功率不變情況下的TBM刀盤脫困，驗證了新型TBM驅(qū)動方案可行性及功率密度高、脫困能力強、沖擊小的特點。具體研究內(nèi)容主要包括對各個能

6、量傳遞元件進行建模，并引入沖擊度的概念對離合器接合效果定量計算，研究了不同飛輪轉(zhuǎn)動慣量下，不同油膜厚度變化下的離合器傳遞扭矩、飛輪、負載轉(zhuǎn)速變化及沖擊度大小，并設(shè)計了溢流閥壓力曲線，在負載扭矩2倍于電機最大扭矩的情況下，成功的實現(xiàn)了脫困。脫困過程，離合器傳遞扭矩高于負載扭矩的時間長達71.7s，效果顯著。
　　第五章對TBM模擬脫困試驗臺的組成以及各個部分進行了選型設(shè)計，主要包括試驗臺驅(qū)動、加載裝置的選型、液粘調(diào)速離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計及