[发明专利]一种改变刀盘法兰处螺栓材料的硬岩掘进机减振设计方法

摘要

本发明提供了一种改变刀盘法兰处螺栓材料的硬岩掘进机减振设计方法，包括：1)合理选择减振螺栓的高阻尼合金材料；2)确定法兰螺栓结构高阻尼合金螺栓布置方式；3)建立了全断面硬岩掘进机主驱动系统整机动力学模型；4)确定动力学模型各子系统的等效刚度与阻尼；5)计算滚刀与岩石相互作用产生的滚刀破岩动态载荷；6)求解动力学模型并对比改变螺栓材料前后全断面硬岩掘进机主驱动整机振动烈度。本发明通过改变部分法兰螺栓结构螺栓材料并合理布置，在不降低掘进性能以及满足工作强度的情况下，有效降低全断面硬岩掘进机主驱动整机振动、提高了全断面硬岩掘进机的抗振能力，降低工作噪音，降低工程经济损失。

主权项

1.一种改变刀盘法兰处螺栓材料的硬岩掘进机减振设计方法，其特征在于，步骤如下：Step1选择减振螺栓的高阻尼合金材料用屈服强度不低于300MPa的高阻尼合金材料螺栓替换刀盘法兰中的部分螺栓；Step2确定法兰螺栓结构中高阻尼合金的布置方式考虑螺栓均匀分布的问题，法兰螺栓结构中螺栓每间隔一组螺栓组进行一次变换；Step3建立全断面硬岩掘进机刀盘驱动系统整机动力学模型根据部件间的装配关系将全断面硬岩掘进机刀盘驱动系统进行拆分，分为刀盘子系统、支撑驱动子系统以及法兰螺栓连接子系统；刀盘分体和刀盘中心块组成刀盘子系统；主轴承外圈和机头架焊接为一个整体与支撑护盾通过油缸耦合为支撑子系统，小齿轮、减速器、电机与齿轮内圈组成驱动子系统，支撑子系统与驱动子系统作为支撑驱动子系统；法兰螺栓连接子系统由刀盘法兰、主轴承内圈通过螺栓栓接组成；支撑驱动子系统与刀盘子系统通过法兰螺栓连接子系统联结，运用集中质量法，考虑多结合面的接触刚度、阻尼以及螺栓预紧力，建立全断面硬岩掘进机刀盘驱动系统多自由度耦合振动系统；Step4确定全断面硬岩掘进机刀盘驱动系统整机动力学模型中各子系统的等效刚度与阻尼Step4.1刀盘子系统、支撑驱动子系统与法兰螺栓连接子系统等效刚度通过有限元方法确定，即在模型某方向施加单位载荷得到位移云图，根据胡可定律确定刀盘子系统、支撑驱动子系统、支撑子系统与法兰螺栓连接子系统的等效刚度；Step4.2等效阻尼按照如下公式计算：式中，ξ为阻尼比，me，ke分别为等效质量和等效刚度；Step5计算滚刀与岩石相互作用产生的滚刀破岩动态载荷对不同模式、不同地质条件下的全断面硬岩掘进机滚刀进行切削岩石的数值仿真，得到单个滚刀侧向力、垂直力与滚动力；结合单个滚刀得到的滚刀三向载荷，计算刀盘在施工时受力情况：刀盘沿隧道开挖方向的轴向力：沿盘面的垂向不平衡力：沿盘面的横向不平衡力:滚动力产生的刀盘扭矩：式中，n、m、p—中心滚刀、正滚刀、边滚刀的数量；Fτi、Fτj、Fτk(τ＝v、X、Y、r)—单个滚刀的垂直力、横向不平衡力、纵向不平衡力、滚动力；ρτ(τ＝i、j、k)—中心滚刀、正滚刀、边滚刀到刀盘中心的距离。