CN109594998A - 一种阻尼合金替换全断面岩石掘进机刀盘筋板材料的减振优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阻尼合金替换全断面岩石掘进机刀盘筋板材料的减振优化方法，属于全断面岩石掘进机刀盘减振技术领域。针对筋板的振动，进行了筋板部分位置的材料用阻尼合金材料替换，这既节省了材料替换的成本又能最大限度地通过将筋板原有材料替换为阻尼合金来减少筋板的振动，进而实现刀盘以及TBM主机的振动，防止因为振动过大造成关键部位的磨损和断裂，以确保TBM安全可靠地进行工作，具有很好的减振性和实用性。

Description

一种阻尼合金替换全断面岩石掘进机刀盘筋板材料的减振优 化方法

技术领域

本发明涉及一种阻尼合金替换全断面岩石掘进机刀盘筋板材料的减振优化方法，属于全断面岩石掘进机刀盘减振技术领域。

背景技术

全断面掘进装备(简称TBM)，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、综合效益高等优点，在铁道、水电、交通、矿山等隧洞工程中得到广泛应用。由于TBM掘进环境复杂，再加上TBM 滚刀多点冲击破岩的特点，滚刀切削岩石过程中将产生强冲击载荷，这就会造成刀盘盘体剧烈的振动，传递到TBM自身，最终造成TBM某些关键部位发生磨损甚至断裂，因此如何在刀盘处实现减振显得尤为重要。

TBM筋板主要存在于刀盘盘体之中，在个面板之间遍布，具体位置(图中的1a 所示)，TBM在掘进时，刀盘负责主要掘进工作，因此其本身的振动也是非常剧烈的，最终会传到主机机身，为了防止由于振动过大造成主机关键部位的断裂，阻碍TBM正常运行，必须采取有效的方法来实现刀盘盘体处的减振，而筋板遍布于盘体之中起到传递振动的作用，因此减少筋板(图2)振动对于刀盘系统减振至关重要。

目前对TBM减振措施一般集中在两方面，其一是结构优化，其二是采用阻尼合金等材料实现替换。由于刀盘结构复杂且需要考虑的耦合因素较多，目前虽也有一些学者也做过一定的理论研究来进行结构的减振优化，但往往存在模型简化严重、分析不全面、工程应用性不强等问题，因此具有一定的局限性和较大的误差。

基于以上情况，本专利采用阻尼合金替换原有筋板材料的方法来实现减振的目的，并提出了阻尼合金替换筋板材料的优化布局模型，这既节省了材料替换的成本又能最大限度地通过将筋板原有材料替换为阻尼合金来减少筋板的振动，进而实现刀盘以及TBM主机的减振，防止因为振动过大造成关键部位的磨损和断裂，以确保TBM安全可靠地进行工作，具有很好的减振性和实用性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种阻尼合金替换全断面岩石掘进机刀盘筋板材料的减振优化方案，实现对筋板材料的优化替换，从传递过程方面减少刀盘整体的振动，进而减少TBM的振动，防止TBM突发事故的产生，确保TBM安全可靠地工作。

本发明的技术方案：

阻尼合金替换全断面岩石掘进机刀盘筋板材料的减振优化方法，包含用于替换的阻尼合金材料和阻尼合金优化布局模型；

阻尼合金替换筋板材料的优化布局模型

针对筋板进行减振材料替换，采用部分替换阻尼合金材料来实现最大限度的减少筋板的振动，来减少TBM的振动，进而提出阻尼合金替换筋板材料的优化布局模型(如图3)，优化布局模型公式如下：

其中，a—辅消系数，取值范围为-6.1～-4.3；b—辅指系数，取值范围为 0.11～0.150；以上参数随分块区域的增多而减小；

c—余频系数，取值范围为0.7～0.93；d—余相系数，取值范围为1.3～2.5； e—主二项系数，取值范围为2.6～5.2；f—主常数，取值范围为-4.4～-4.1；g—主修系数，取值范围为-1.2～-0.9；以上参数随所分块区域的增多而增大；

α—区域划分系数，1.1～1.72，随着分块区域的增多而增大；

x—替换编号1～n；y—替换区域编号；

优化布局模型说明：

(1)本优化布局模型以刀盘所在的区域为划分区域，以刀盘的中心为圆心 O，围绕着圆心O的4把中心滚刀分别横向和纵向对称，形成以O为圆心的第一圈椭圆；在第一圈椭圆的长、短轴上布置的正滚刀，形成多个同心椭圆；最外圈椭圆与边缘筋板一体，整体作为最后一层，(模型图3中小圆圈为所述的横纵滚刀位置)；

(2)按照θ°等分圆周划分区域，以横向中心滚刀的方向为中心线，向上和向下各转动(θ/2)°，并将其定义为1号替换编号(如图3阴影部分)，以逆时针方向继续编号，依次从内向外进行替换编号，直接替换编号n结束编号；

(3)如果筋板位于替换和不替换两个区域之间，则采用混合替换方法，一部分替换一部分保留；

(4)当计算的替换区域编号非整时做近位处理；

(5)当最后计算替换区域编号超出了替换编号的区域则舍掉即可。

本发明的有益效果：本发明首先对TBM刀盘筋板进行区域划分，然后，对划分的区域进行切割，最后，通过所建的模型选择需要进行材料替换的区域，这既节省了材料替换的成本又能最大限度地通过将筋板原有材料替换为阻尼合金来减少筋板的振动，防止TBM刀盘系统突发事故的产生，确保TBM安全可靠地工作。

附图说明

图1是TBM刀盘示意图。

图2是筋板示意图。

图3是阻尼合金替换筋板材料的优化布局模型示意图。

图中：1a刀盘筋板；O为所画椭圆圆心。

具体实施方式

下面结合附图及技术方案详细说明本发明的具体实施方式，图1为某工程的TBM刀盘示意图，体现筋板所在位置。采用阻尼合金替换原有筋板部分材料的方法来实现减振的目的，并提出了阻尼合金替换筋板材料的优化布局模型，这既节省了材料替换的成本又能最大限度地通过将筋板原有材料替换为阻尼合金来减少筋板的振动，进而实现刀盘以及TBM主机的减振。

按照阻尼合金替换筋板材料的优化布局模型，先划分好区域，然后按照模型从N块区域中选择需要替换阻尼合金的筋板区域。最后对筋板进行减振材料替换，采用部分替换阻尼材料的优化方案来实现最大限度的减少筋板的振动，来减少TBM的振动，阻尼合金替换筋板材料的优化布局模型(如图3)，具体模型公式如下：

其中，a—辅消系数，-6.1～-4.3

b—辅指系数，0.11～0.150

(以上参数随分块区域的增多而减小)

c—余频系数，0.7～0.93

d—余相系数，1.3～2.5

e—主二项系数，2.6～5.2

f—主常数，-4.4～-4.1

g—主修系数，-1.2～-0.9

(以上参数随所分块区域的增多而增大)

α—区域划分系数，1.1～1.72，随着分块区域的增多而增大。

x—替换编号1～n

y—替换区域编号

优化布局模型说明：

(1)本优化布局模型以刀盘所在的区域为划分区域，以刀盘的中心为圆心 O，围绕着圆心O的4把中心滚刀分别横向和纵向对称，形成以O为圆心的第一圈椭圆；在第一圈椭圆的长、短轴上布置的正滚刀，形成多个同心椭圆；最外圈椭圆与边缘筋板一体，整体作为最后一层，(模型图3中小圆圈为所述的横纵滚刀位置)；

(2)按照θ°等分圆周划分区域，以横向中心滚刀的方向为中心线，向上和向下各转动(θ/2)°，并将其定义为1号替换编号(如图3阴影部分)，以逆时针方向继续编号，依次从内向外进行替换编号，直接替换编号n结束编号；

(3)如果筋板位于替换和不替换两个区域之间，则采用混合替换方法，一部分替换一部分保留；

(4)当计算的替换区域编号非整时做近位处理；

(5)当最后计算替换区域编号超出了替换编号的区域则舍掉即可。

Claims (1)

1.一种阻尼合金替换全断面岩石掘进机刀盘筋板材料的减振优化方法，包含用于替换的阻尼合金材料和阻尼合金优化布局模型；其特征在于，

阻尼合金替换筋板材料的优化布局模型

针对筋板进行减振材料替换，采用部分替换阻尼合金材料来实现最大限度的减少筋板的振动，来减少TBM的振动，进而提出阻尼合金替换筋板材料的优化布局模型，优化布局模型公式如下：

其中，a—辅消系数，取值范围为-6.1～-4.3；b—辅指系数，取值范围为0.11～0.150；以上参数随分块区域的增多而减小；

c—余频系数，取值范围为0.7～0.93；d—余相系数，取值范围为1.3～2.5；e—主二项系数，取值范围为2.6～5.2；f—主常数，取值范围为-4.4～-4.1；g—主修系数，取值范围为-1.2～-0.9；以上参数随所分块区域的增多而增大；

α—区域划分系数，1.1～1.72，随着分块区域的增多而增大；

x—替换编号1～n；y—替换区域编号；

优化布局模型说明：

(1)本优化布局模型以刀盘所在的区域为划分区域，以刀盘的中心为圆心O，围绕着圆心O的4把中心滚刀分别横向和纵向对称，形成以O为圆心的第一圈椭圆；在第一圈椭圆的长、短轴上布置的正滚刀，形成多个同心椭圆；最外圈椭圆与边缘筋板一体，整体作为最后一层；

(2)按照θ°等分圆周划分区域，以横向中心滚刀的方向为中心线，向上和向下各转动(θ/2)°，并将其定义为1号替换编号，以逆时针方向继续编号，依次从内向外进行替换编号，直接替换编号n结束编号；

(3)如果筋板位于替换和不替换两个区域之间，则采用混合替换方法，一部分替换一部分保留；

(4)当计算的替换区域编号非整时做近位处理；

(5)当最后计算替换区域编号超出了替换编号的区域则舍掉即可。