基于载荷分布和统计的TBM主轴承寿命计算

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2018.07.022

东北大学学报:自然科学版 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (7): 1022-1027.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2018.07.022

基于载荷分布和统计的TBM主轴承寿命计算

张春光¹，屈福政¹，宁诗哲¹，谢正义^1,2

(1. 大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024; 2. 沈阳建筑大学交通与机械工程学院，辽宁沈阳110168 )

收稿日期:2017-03-10 修回日期:2017-03-10 出版日期:2018-07-15 发布日期:2018-07-11
通讯作者: 张春光
作者简介:张春光(1984-)，男，辽宁沈阳人，大连理工大学博士研究生; 屈福政(1957-)，男，辽宁大连人，大连理工大学教授，博士生导师.冯明杰(1971-)，男，河南禹州人，东北大学副教授; 王恩刚(1962-)，男，辽宁沈阳人，东北大学教授，博士生导师.
基金资助:
国家重点基础研究发展计划项目(2013CB035402)；国家自然科学基金资助项目(51275070).国家自然科学基金资助项目(51171041).

Life Calculation of TBM Main Bearing Based on Load Distribution and Statistics

ZHANG Chun-guang¹， QU Fu-zheng¹， NING Shi-zhe¹， XIE Zheng-yi^1,2

1. School of Mechanical Engineering， Dalian University of Technology， Dalian 116024， China; 2. School of Transportation and Mechanical Engineering， Shenyang Jianzhu University， Shenyang 110168， China.

Received:2017-03-10 Revised:2017-03-10 Online:2018-07-15 Published:2018-07-11
Contact: ZHANG Chun-guang
About author:-
Supported by:
-

摘要/Abstract

摘要： 以吉林中部引水工程总干线二标段全断面岩石掘进机(tunnel boring machine， TBM)主轴承为研究对象，在考虑联接结构刚度及边界条件影响的条件下，基于L-P理论并引入切片法计算了主轴承的额定寿命.对TBM的工作掘进推力记录进行统计分析，得到了基于Miner累积损伤理论的主轴承使用寿命.结果表明:主轴承内部载荷分布受连接结构刚度影响较大，采用切片法计算其额定寿命较为合理.适当调整连接结构的形式及尺寸可大幅改善主轴承滚道载荷分布均匀性并提高其额定寿命.推进力载荷统计近似为截断正态分布，可根据额定推力对主轴承的使用寿命进行预估.

关键词: TBM, 主轴承, 载荷分布, 寿命计算, 累积损伤

Abstract: With the stiffness characteristics and boundary conditions considered， L-P theory and slicing method were introduced to calculate the rated life of the main bearing in the tunnel boring machine (TBM) used in the second section of the diversion project’s main line for the central region of Jilin province. The statistical analysis of TBM thrust force record was carried out to calculate the life of the main bearing based on Miner’s cumulative damage theory. The results showed that the internal load distribution of the main bearing is greatly affected by the stiffness characteristics of the connection structures， and the slicing method is suitable well for calculating the main bearing’s rated life. With the modified size and form of the connection structure， the uniformity of raceway load distribution is improved greatly and the main bearing’s rated life is extended. In statistics， the TBM thrust forces are truncated normal distribution approximately， and the service life of the main bearing could be calculated based on the rated thrust force.

Key words: TBM(tunnel boring machine), main bearing, load distribution, life calculation, cumulative damage

中图分类号:

TD421.5

张春光，屈福政，宁诗哲，谢正义. 基于载荷分布和统计的TBM主轴承寿命计算[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(7): 1022-1027.

ZHANG Chun-guang， QU Fu-zheng， NING Shi-zhe， XIE Zheng-yi. Life Calculation of TBM Main Bearing Based on Load Distribution and Statistics[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2018, 39(7): 1022-1027.

参考文献

[1]Goel R K.Experiences and lessons from the use of TBM in the Himalaya—a review［J］.Tunnelling & Underground Space Technology，2016，57:277-283.
[2]Brox D.Technical considerations for TBM tunneling for mining projects［J］.Transactions of the Society for Mining，Metallurgy and Exploration，2013，334:498-505.
[3]Peter G，Rok P，Sreko G.Lifetime determination of the raceway of a large three-row roller slewing bearing［J］.Key Engineering Materials，2012，488/489:113-116.
[4]唐与，吴庆山，韩志远.支撑式TBM掘进中途的主轴承更换及处理［J］.现代隧道技术，2009，46(1):64-70.(Tang Yu，Wu Qing-shan，Han Zhi-yuan.Replacement and treatment of the main bearing for the gripper TBM during driving［J］.Modern Tunnelling Technology，2009，46(1):64-70.)
[5]Harris T A.Rolling bearing analysis［M］.New York:John Wiley and Sons，2001.
[6]毛月新，沈雪瑾，陈晓阳，等.偏载滚子轴承的接触应力分布计算及其滚子凸度设计［J］.中国机械工程，2009，20(16):1918-1922.(Mao Yue-xin，Shen Xue-jin，Chen Xiao-yang，et al.Study on contact stress distribution of roller bearings and roller profile design under misaligned loads［J］.China Mechanical Engineering，2009，20(16):1918-1922.)
[7]Peter G，Rok P，Sreko G.Computational model for determination of dynamic load capacity of large three-row roller slewing bearings［J］.Engineering Failure Analysis，2013，32(9):44-53.
[8]Han M D，Cai Z X，Qu C Y，et al.Tunneling simulation and strength analysis of cutterhead system of TBM［C］//International Conference on Intelligent Robotics and Applications.Portsmouth:Springer，2015:445-455.
[9]Xia Y，Ouyang T，Zhang X，et al.Mechanical model of breaking rock and force characteristic of disc cutter［J］.Journal of Central South University，2012，19(7):1846-1852.
[10]Li F H，Cai Z X，Kang Y L.A theoretical model for estimating the wear of the disc cutter［J］. Applied Mechanics & Materials，2011，90/91/92/93:2232-2236.
[11]Ozdemir L，Miller R，Wang F D，Mechanical tunnel boring prediction and machine design［R］.Golden:Colorado School of Mines，1977.
[12]Benato A，Oreste P.Prediction of penetration per revolution in TBM tunneling as a function of intact rock and rock mass characteristics［J］. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences，2015，74:119-127.
[13]张春光，屈福政，谢正义，等.TBM主轴承中径对滚刀轴向载荷分布的影响［J］.哈尔滨工程大学学报，2016，37(9):1269-1274.(Zhang Chun-guang，Qu Fu-zheng，Xie Zheng-yi，et al.Effect of TBM main bearing middle diameter on cutter axial load distribution［J］.Journal of Harbin Engineering University，2016，37(9):1269-1274.)
[14]张照煌，周纪磊，刘瑞华.全断面岩石掘进机刀盘轴承受力分析［J］.应用基础与工程科学学报，2010，18(sup 1):225-232.(Zhang Zhao-huang，Zhou Ji-lei，Liu Rui-hua.Force analysis of TBM main bearing［J］.Journal of Basic Science and Engineering， 2010，18(sup 1):225-232.)
[15]Zhang C G，Qu F Z，Guo L，et al.Influence of cutterhead system structure on load distribution and life of main bearing［J］.Journal of Vibroengineering，2016，18(7):4164-4177.

基于载荷分布和统计的TBM主轴承寿命计算

Life Calculation of TBM Main Bearing Based on Load Distribution and Statistics

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 14

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	夏毅敏，郭子泺，邓朝辉，龙斌. 基于点云的TBM隧道成型质量检测方法及应用[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2021, 42(6): 864-870.
[2]	夏毅敏，柯杰，齐梦学，邓朝辉. TBM掘进参数与不同岩性地层相关性分析[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2021, 42(3): 401-408.
[3]	刘畅，赵春雨，韩彦龙，闻邦椿. 滚珠丝杠螺母副载荷分布的计算方法[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(12): 1739-1743.
[4]	郭伟，刘小庆，刘建琴，孙红艳. 基于破岩比能的刀盘滚刀优化布置设计[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(2): 242-248.
[5]	霍军周，陈巍，欧阳湘宇，张旭. 基于岩碴流动性的TBM出碴槽口选优设计[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2015, 36(5): 715-718.
[6]	王奇斌，胡鹏，张义民，马辉. 基于积分模型的斜齿轮转子系统振动特性分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2014, 35(5): 721-725.
[7]	于洋，冯夏庭，陈天宇，陈东方. 深埋隧洞不同掘进方式下即时型岩爆微震对比分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2014, 35(3): 429-432.
[8]	霍军周，杨静，孙伟，凌静秀. 不同TBM支撑结构形式下的围岩稳定性分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2014, 35(11): 1602-1606.
[9]	苏鹏程;王宛山;霍军周;李震;. TBM的滚刀布置优化设计研究[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2010, 31(6): 877-881.
[10]	郝广波;谢里阳;李莉;何秀芸;. 载荷共享并联系统疲劳累积损伤可靠性模型[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2009, 30(2): 262-265+278.
[11]	蒋东红;王连广;刘之洋. 高强钢骨混凝土框架柱的抗震性能[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2002, 23(1): 67-70.
[12]	谢里阳;徐灏. 复杂载荷历程简化方法的研究[J]. 东北大学学报:自然科学版, 1987, 8(2): 150-154.
[13]	林文强. 双频载荷等效计数法[J]. 东北大学学报:自然科学版, 1987, 8(2): 162-167.
[14]	马先贵. 渐开线圆柱齿轮强度计算的新方法[J]. 东北大学学报:自然科学版, 1977, -(4): 97-120.