一種降低全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工振動(dòng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種降低全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工振動(dòng)的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工中，設(shè)備振動(dòng)已成為嚴(yán)重影響施工進(jìn)度、工程成本甚 至威脅設(shè)備安全的實(shí)際難題。全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)在施工的隧道工程中的刀盤斷裂、大軸承 過(guò)渡點(diǎn)蝕等關(guān)鍵部件失效時(shí)有發(fā)生;據(jù)某工程實(shí)際統(tǒng)計(jì)，盤形滾刀的非正常磨損消耗已達(dá) 刀具消耗量的40%。這些現(xiàn)象的發(fā)生，與隧道掘進(jìn)機(jī)施工中刀盤振動(dòng)密切相關(guān)。為此，我們 通過(guò)實(shí)際工程測(cè)量和理論研究分析發(fā)現(xiàn)，一般全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工中，刀盤振動(dòng)頻率與 其固有振動(dòng)頻率較接近，這是造成上述現(xiàn)象的主要原因。為此，我們提出了全斷面隧道掘進(jìn) 機(jī)刀盤固有振動(dòng)頻率的確定方法，進(jìn)而提出了降低全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工振動(dòng)的方法，為 避免上述現(xiàn)象的發(fā)生提供了可靠依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提出一種降低全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工振動(dòng)的方法，其特征在于， 包括：
[0004] (1)將加速度傳感器固結(jié)到刀盤支承殼體上，通過(guò)電纜連接到駕駛室中的電荷放 大器、數(shù)據(jù)采集測(cè)試儀，最后連接到PC上顯示刀盤的固有振動(dòng)頻率；
[0005] (2)計(jì)算刀盤的固有振動(dòng)頻率，根據(jù)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤上刀具布置基本對(duì)稱， 則全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤的振型函數(shù)取為：
[0006] W=F(r)cos ηθ
[0007] 式中：η為刀盤上徑向節(jié)線數(shù);n = 0,1，2,......。11 = 0，刀盤振形是軸對(duì)稱的。η= 1及 η = 2,刀盤的環(huán)向圍線將分別有一個(gè)及兩個(gè)波，即：刀盤中面分別有一根和兩根徑向節(jié)線， 其余類推；
[0008] 通過(guò)理論建模和求解，得到刀盤的固有振動(dòng)頻率為：
[0010] 式中，r-振動(dòng)點(diǎn)距刀盤中心的距離；γ-常數(shù)，且：
，η為刀盤上徑向節(jié)線 數(shù)；ω-刀盤固有振動(dòng)圓頻率；w-刀盤單位面積的質(zhì)量;D-刀盤彎曲剛度;N為大于等于零 的整數(shù)。
[0011] (3)駕駛員從PC上看到振動(dòng)頻率接近上述振動(dòng)頻率時(shí)，通過(guò)加大推力或(和)扭矩 快速通過(guò)刀盤的固有振動(dòng)頻率，或通過(guò)降低推力或(和)扭矩遠(yuǎn)離此固有振動(dòng)頻率的數(shù)值， 全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)避開(kāi)在這些振動(dòng)頻率附近作業(yè)。
[0012] 所述步驟(2)計(jì)算刀盤的固有振動(dòng)頻率，具體過(guò)程為：
[0013] 根據(jù)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤上刀具布置基本對(duì)稱，則全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤的振 型函數(shù)取為：
[0014] W=F(r)cos ηθ
[0015] 式中：η為刀盤上徑向節(jié)線數(shù);n = 〇, 1，2,......。11 = 0，刀盤振形是軸對(duì)稱的。η= 1及 η = 2,刀盤的環(huán)向圍線將分別有一個(gè)及兩個(gè)波；
[0016]通過(guò)理論建模和求解，其振型的常微分方程為：
[0018] 式中：r_振動(dòng)點(diǎn)距刀盤中心的距離；γ_常數(shù)，且：
[0019] ω-刀盤固有振動(dòng)圓頻率；^ -刀盤單位面積的質(zhì)量;D-刀盤彎曲剛度，
[0020]
其中，E-刀盤材料彈性模量;t_刀盤厚度;μ-刀盤材料泊松比；
[0021] 設(shè)X= yr，則上述方程可化為：
[0025]當(dāng)r = r〇時(shí)，ro是刀盤的支撐半徑，所以有

[0038] 本發(fā)明有益效果是提出了全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤固有振動(dòng)頻率的確定方法，為降 低全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工振動(dòng)，為避免造成事故隱患的發(fā)生提供了可靠依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0039] 圖1為檢測(cè)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤固有振動(dòng)頻率示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 本發(fā)明提出一種降低全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工振動(dòng)的方法，包括：
[0041] (1)將加速度傳感器固結(jié)到刀盤支承殼體上，通過(guò)電纜連接到駕駛室中的電荷放 大器、數(shù)據(jù)采集測(cè)試儀，最后連接到PC上顯示刀盤的固有振動(dòng)頻率(如圖1所示）；
[0042] (2)計(jì)算刀盤的固有振動(dòng)頻率，根據(jù)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤上刀具布置基本對(duì)稱， 則全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤的振型函數(shù)取為：
[0043] ff=F(r)cos ηθ
[0044] 式中：η為刀盤上徑向節(jié)線數(shù);η = 0,1，2,......。11 = 0，刀盤振形是軸對(duì)稱的。n= 1及 η = 2,刀盤的環(huán)向圍線將分別有一個(gè)及兩個(gè)波，即：刀盤中面分別有一根和兩根徑向節(jié)線， 其余類推；
[0045] 通過(guò)理論建模和求解，得到刀盤的固有振動(dòng)頻率為：
[0047] 式中，r_振動(dòng)點(diǎn)距刀盤中心的距離；γ_常數(shù)，且：
，η為刀盤上徑向節(jié)線 數(shù)；ω-刀盤固有振動(dòng)圓頻率；$ -刀盤單位面積的質(zhì)量;D-刀盤彎曲剛度;N為大于等于零 的整數(shù)。
[0048] (3)駕駛員從PC上看到振動(dòng)頻率接近上述振動(dòng)頻率時(shí)，通過(guò)加大推力或(和)扭矩 快速通過(guò)刀盤的固有振動(dòng)頻率，或通過(guò)降低推力或(和)扭矩遠(yuǎn)離此固有振動(dòng)頻率的數(shù)值， 全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)避開(kāi)在這些振動(dòng)頻率附近作業(yè)。
[0049] 實(shí)施例
[0050] 以直徑為5.75m、厚度t = 0.25m的刀盤為例，重量2.3噸，則:D = 2.877 X 108Nm，m = 88·57kg/m2，r〇 = 0.4X5.75/2 = 1.15m代入上式得該刀盤的自然頻率：ωNn = 13450X (N+n/ 2)2 ω Q1 = 3362Hz、ω 1()= 13450Hz、ω n = 30262Hz、……這里給出了該刀盤三個(gè)低頻率，即： 全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)只要避開(kāi)在這些振動(dòng)頻率附近作業(yè)，其振動(dòng)就會(huì)大幅減小，且能避免關(guān) 鍵零部件的非正常失效。
[0051]實(shí)際實(shí)施中，將加速度傳感器固結(jié)到刀盤支承殼體上，通過(guò)電纜連接到駕駛室中 的電荷放大器、數(shù)據(jù)采集測(cè)試儀，最后連接到PC上(見(jiàn)附圖所示），駕駛員從PC上看到振動(dòng)頻 率接近上述振動(dòng)頻率時(shí)，可通過(guò)加大推力或(和)扭矩快速通過(guò)此數(shù)值，或通過(guò)降低推力或 (和)扭矩遠(yuǎn)離此數(shù)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種降低全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工振動(dòng)的方法，其特征在于，包括： (1) 將加速度傳感器固結(jié)到刀盤支承殼體上，通過(guò)電纜連接到駕駛室中的電荷放大器、 數(shù)據(jù)采集測(cè)試儀，最后連接到PC上顯示刀盤的固有振動(dòng)頻率； (2) 計(jì)算刀盤的固有振動(dòng)頻率，根據(jù)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤上刀具布置基本對(duì)稱，則全 斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤的振型函數(shù)取為： W=F(;r)cos η白 式中：η為刀盤上徑向節(jié)線數(shù);η = 0,1，2, ；η = 0，刀盤振形是軸對(duì)稱的，η = 1及η = 2,刀盤的環(huán)向圍線將分別有一個(gè)及兩個(gè)波，即：刀盤中面分別有一根和兩根徑向節(jié)線，其余 類推； 通過(guò)理論建模和求解，得到刀盤的固有振動(dòng)頻率為：、 / 式中，r-振動(dòng)點(diǎn)距刀盤中屯、的距離；丫-常數(shù)，且：，η為刀盤上徑向節(jié)線數(shù)； ω-刀盤固有振動(dòng)圓頻率；品-刀盤單位面積的質(zhì)量;D-刀盤彎曲剛度;Ν為大于等于零的整 數(shù)； (3) 駕駛員從PC上看到振動(dòng)頻率接近上述振動(dòng)頻率時(shí)，通過(guò)加大推力或/和扭矩快速通 過(guò)刀盤的固有振動(dòng)頻率，或通過(guò)降低推力或/和扭矩遠(yuǎn)離此固有振動(dòng)頻率的數(shù)值，全斷面隧 道掘進(jìn)機(jī)避開(kāi)在運(yùn)些振動(dòng)頻率附近作業(yè)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種降低全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工振動(dòng)的方法，其特征在于，所述 步驟(2)計(jì)算刀盤的固有振動(dòng)頻率，具體過(guò)程為： 根據(jù)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤上刀具布置基本對(duì)稱，則全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤的振型函 數(shù)取為： W=F(;r)cos η白 式中：η為刀盤上徑向節(jié)線數(shù);η = 0,1，2, ；η = 0，刀盤振形是軸對(duì)稱的，η= 1及η = 2，刀盤的環(huán)向圍線將分別有一個(gè)及兩個(gè)波； 通過(guò)理論建模和求解，其振型的常微分方程為：式中:r-振動(dòng)點(diǎn)距刀盤中屯、的距離；丫-常數(shù)，且ω -刀盤固有振動(dòng)圓頻率刀盤單位面積的質(zhì)量;D-刀盤彎曲剛度， 且：I其中，Ε-刀盤材料彈性模量;t-刀盤厚度;μ-刀盤材料泊松比； 設(shè)x= 丫 r，則上述方程可化為：
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于隧道施工技術(shù)領(lǐng)域的一種降低全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工振動(dòng)的方法。首先計(jì)算刀盤的固有振動(dòng)頻率，根據(jù)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤上刀具布置基本對(duì)稱，則全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤的振型函數(shù)，通過(guò)理論建模和求解,得到刀盤的固有振動(dòng)頻率，通過(guò)加大推力或(和)扭矩快速通過(guò)刀盤的固有振動(dòng)頻率，或通過(guò)降低推力或(和)扭矩遠(yuǎn)離此固有振動(dòng)頻率的數(shù)值，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)避開(kāi)在這些振動(dòng)頻率附近作業(yè)。本發(fā)明提出了全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤固有振動(dòng)頻率的確定方法，為降低全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工振動(dòng)、為避免造成事故隱患的發(fā)生提供了可靠依據(jù)。
【IPC分類】G06F17/50, E21D9/00, E21D9/11
【公開(kāi)號(hào)】CN105550415
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510897722
【發(fā)明人】張照煌, 龔國(guó)芳, 高青風(fēng), 孫飛
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月8日