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(jìn)裝備（Tunnel Boring Machine，簡(jiǎn)稱TBM）是集機(jī)、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(jìn)系統(tǒng)、刀盤(pán)系統(tǒng)、支撐換步機(jī)構(gòu)、輔助支護(hù)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(jìn)過(guò)程中由于圍巖特性變化等原因常常發(fā)生被困事故，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度，耗費(fèi)大量的人力物力。如果驅(qū)動(dòng)機(jī)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(guò)高危區(qū)，可以大大的提高施

2、工效率，故有必要對(duì)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的脫困能力提升展開(kāi)研究。
　　本文設(shè)計(jì)了變頻電機(jī)、飛輪與液粘調(diào)速離合器(HVC)協(xié)同控制的新型驅(qū)動(dòng)方案，可以在不增加TBM刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)裝機(jī)功率的前提下提高脫困扭矩，改善驅(qū)動(dòng)性能，提高能量使用效率。其關(guān)鍵點(diǎn)及難點(diǎn)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(dòng)機(jī)理，提高其扭矩傳遞能力，在此基礎(chǔ)上建立刀盤(pán)脫困的協(xié)同控制方法，是研究TBM刀盤(pán)脫困技術(shù)的兩個(gè)問(wèn)題。
　　本

3、文的主要研究?jī)?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(duì)已有的刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行了介紹，并設(shè)計(jì)了新型的刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)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(duì)其發(fā)展及相關(guān)技術(shù)也進(jìn)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(chǎng)、起動(dòng)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(duì)本論文的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了介紹。
　　第二章主要是進(jìn)行液粘調(diào)速離合器的基礎(chǔ)研究，對(duì)其工作原理進(jìn)行了

4、說(shuō)明，對(duì)離合器油膜受力情況，尤其是油膜承載力進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)。之所以花了很大的篇幅進(jìn)行液粘調(diào)速離合器油膜的受力分析，是因?yàn)槠涫芰η闆r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(duì)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(duì)液粘調(diào)速離合器油膜厚度的分布進(jìn)行了分析。通過(guò)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(huì)導(dǎo)致離合器工作過(guò)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(duì)此做出較好的改進(jìn)，故對(duì)傳統(tǒng)的液粘調(diào)速離合器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并從理論和仿真兩個(gè)角度將改進(jìn)前與改進(jìn)后的離合器油膜厚度分布均勻性、傳遞扭矩的能力進(jìn)行了對(duì)比。
　　第四章主要是利用AMESim軟件搭建基于電機(jī)、液粘調(diào)速離合器、負(fù)載模型的TBM能量傳遞模型，成功得實(shí)現(xiàn)了裝機(jī)功率不變情況下的TBM刀盤(pán)脫困，驗(yàn)證了新型TBM驅(qū)動(dòng)方案可行性及功率密度高、脫困能力強(qiáng)、沖擊小的特點(diǎn)。具體研究?jī)?nèi)容主要包括對(duì)各個(gè)能

6、量傳遞元件進(jìn)行建模，并引入沖擊度的概念對(duì)離合器接合效果定量計(jì)算，研究了不同飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下，不同油膜厚度變化下的離合器傳遞扭矩、飛輪、負(fù)載轉(zhuǎn)速變化及沖擊度大小，并設(shè)計(jì)了溢流閥壓力曲線，在負(fù)載扭矩2倍于電機(jī)最大扭矩的情況下，成功的實(shí)現(xiàn)了脫困。脫困過(guò)程，離合器傳遞扭矩高于負(fù)載扭矩的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)71.7s，效果顯著。
　　第五章對(duì)TBM模擬脫困試驗(yàn)臺(tái)的組成以及各個(gè)部分進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)，主要包括試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)、加載裝置的選型、液粘調(diào)速離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及