一种基于颗粒阻尼减振的硬岩掘进机及其阻尼减振设计方法

1.本发明属于全断面隧道掘进机减振降噪技术领域，涉及一种基于颗粒阻尼减振的硬岩掘进机及其阻尼减振设计方法。


背景技术：

2.盾构机作为集多种技术于一体的现代化隧道专用装备，有着巨大的发展空间，其具有快速、优质、安全、经济和环境友好等优点，对提升我国现代化建设水平具有重要意义。盾构机，尤其是以tbm硬岩掘进机为代表的全断面隧道掘进机是集掘进、排碴、衬砌等功能为一体的面向硬岩地质和复合地层的大型隧道掘进装备，具有诸多优势，广泛应用于高速铁路、公路、地铁、水利和国防等基本建设需求，其技术复杂、附加值高，反映了一个国家的装备制造业水平。
3.而tbm硬岩掘进机在掘进过程中由于刀盘受到交变力作用和其它随机因素的影响，表现出剧烈的振动,并对刀盘结构和整机关键部件形成潜在的破坏威胁。因此，一方面必须对刀盘处因交变力引起的振动进行约束,另一方面对振动在设备结构的传递路径上进行控制，才能保证刀盘和整机的振动在允许范围内。而对振动的主要控制措施有增强结构的静刚度、动刚度和阻尼作用两方面。目前学术及工业界也提出了多种减振措施，涉及主动及被动减振方案。
4.现有技术中，专利cn214303843u则公开了一种用于敞开式tbm施工的主动减振系统，其方案是：该系统包括若干个测振仪组件、若干个震源组件以及系统主机；测振仪通过第一固定装置固定在tbm刀盘支撑体上；测振仪包括检波器、数据采集模块、数据存储模块、模数转换模块、微处理器、无线数据传输装置和电池，用于tbm掘进过程中刀盘振动信号的拾取、采集、存储和数字化输出；震源通过第二固定装置固定在tbm主梁上，震源通过电源线缆与tbm设备电连接，震源用于激发使tbm减振的振动波；系统主机分别和测振仪、震源连接；用于测振仪获取信号的处理分析、提供震源的使用方式及参数设定。
5.另外，专利cn109522626a公开了一种用于tbm刀盘减振的设计方法，针对tbm在破岩过程中，滚刀与岩石之间强烈的相互作用使tbm刀盘产生剧烈振动的问题，从更换零部件材料的角度，力求在贴近滚刀处减振，现将滚刀连接楔形块材料更换为阻尼合金，通过阻尼合金的内耗将振动减弱。另外，通过对不同结构刀盘在不同工况下的仿真分析，找出刀盘上振动剧烈的区域，并将该区域内滚刀连接楔形块材料更换为阻尼合金，以降低减振成本，从而实现将部分滚刀连接楔形块材料更换为阻尼合金来减振的目的。
6.上述已经公开的两种针对tbm减振方案分别从主动减振和被动减振两个角度进行尝试。主动减振系统因搭载各种检测仪器和处理器，具有信息反馈及处理实时及快速的特点，但tbm硬岩掘进机和双模盾构机长时间处于较为恶劣的工况环境，其刀盘和整机的振动异常剧烈，而tbm硬岩掘进机的刀盘又面临进渣碎石和洞壁渗水的冲击，使安装于刀盘内部的检测仪器处于高危状态，生存环境极差，极易造成仪器损坏，使系统失效，更换成本极高，实用性差；而被动减振采用阻尼合金方案，虽然可以在一定程度上减振，但阻尼合金使用条
件较为苛刻，而盾构机工作时长时间处于高振幅状态，并且滚刀破岩产生的热量又使刀盘整体处于一个较高温度环境，阻尼合金性能极易退化，从而造成减振系统失效。
7.分析tbm硬岩掘进机的结构不难发现，无论是刀盘还是整机其它核心部件，其结构和质量已经处于一个较为平衡稳定的状态，单纯增强机械结构的静刚度和动刚度的手段极其有限；即使有办法增强动静刚度，而刀盘在施工过程中产生的振动能量丝毫没有减弱，那么有可能会引起刀盘和整机结构更为严重的共振出现。只有通过合理添加阻尼的方式，将刀盘在施工过程中产生的振动能量在设备传递路径上耗散，才能使振动降到合理的范围内。由于tbm硬岩掘进机整体结构需要一定刚度来保证施工推力，因此，传统的阻尼器，如弹簧和柔性结构不仅无法将刀盘在破岩过程中产生的振动能量在设备传递路径上耗散，而且还会降低刀盘推进力，降低破岩效果。
8.综上考虑，颗粒阻尼减振降噪技术是完全可以满足tbm硬岩掘进机减振需求的。从前期tbm硬岩掘进机施工现场振动实测的分析结果可知，其刀盘及整机的振动特性完全在颗粒阻尼的效果范围之内。颗粒阻尼技术通过阻尼器内部的颗粒碰撞来实现振动耗能，它具有使用频域范围广(0～6000hz)、耐久性好、可靠度高、对温度变化不敏感等诸多优点。颗粒阻尼对于中低频、大振幅和大冲击的减振效果尤其明显，这一点与tbm硬岩掘进机的振动特性相符。
9.目前，尚未有采用颗粒阻尼技术的tbm硬岩掘进机，因此，需要从技术原理出发，对tbm硬岩掘进机关键部件进行全面的分析，并对关键部件进行颗粒阻尼技术优化改进，达到减振的目的。


技术实现要素：

10.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于颗粒阻尼减振的硬岩掘进机及其阻尼减振设计方法，能够大幅度降低硬岩掘进设备作业时刀盘及整机的振动，提高施工效率。
11.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
12.第一方面，本发明提供了一种基于颗粒阻尼减振的硬岩掘进机，所述硬岩掘进机包括主梁和设置于主梁前端的传动模块，所述主梁通过传动模块连接有刀盘，所述传动模块的外周设置有护盾，所述主梁的底部设置有支撑模块。
13.所述传动模块包括电机和承载电机的机头架，所述电机与刀盘传动连接，用于带动刀盘旋转，所述主梁和刀盘通过机头架连接。
14.所述刀盘、机头架、护盾、主梁和支撑模块的空腔内填充有金属颗粒。
15.硬岩掘进机在掘进作业中，其刀盘的滚刀破岩过程是振动产生的源头，而刀盘、机头架、护盾、主梁、支撑模块等主要结构是振动传递的主要路径。单纯增大这些结构的重量或使用传统减振装置也是一种抑振途径，但是无法有效减弱振动产生的巨大能量，增大重量的方法容易造成机体共振的产生，危害更甚，而且还会增加整机加工制造成本。因此，本发明重新布局并合理利用这些结构内部空间，进行颗粒阻尼设计和填充，能够大幅度降低硬岩掘进设备作业时刀盘及整机的振动，提高施工效率，延长设备零部件及整机寿命，还可以降低设备的制造、维修和保养成本。
16.需要说明的是，本发明填充的颗粒可以是任意形状的金属和非金属颗粒，但是从
成本、制作周期和使用效果来分析，球形铁颗粒是最理想选择。
17.若需技术改进的目标tbm硬岩掘进设备机型整体尺寸不大，主机系统关键结构内部可以填充阻尼颗粒的密闭空间较小，在不影响主机正常工作的前提下，通过计算设计可将颗粒阻尼制作成独立器件固定安装在tbm硬岩掘进机主机系统振动传递路径结构上。
18.作为本发明一种优选的技术方案，所述刀盘包括具有空腔的刀箱板，所述刀箱板内设置有若干滚刀。
19.优选地，所述刀箱板包括平行设置的刀箱前板和刀箱后板，沿所述刀箱前板和刀箱后板的外缘设置有导向外周板，所述刀箱前板、刀箱后板和导向外周板围成刀箱板空腔。
20.优选地，所述刀箱板空腔内设置有若干径向结构板和若干隔板，所述径向结构板和隔板将刀箱板空腔分割为若干刀箱板填充腔，所述刀箱板填充腔内填充有粒径不同的金属材质的刀箱板颗粒。
21.在本发明中，刀箱板的中空封闭结构形成了颗粒阻尼的填充空间，为合理设置颗粒填充布局，实现减振效果最大化，上述结构内部均设置安装有隔板，填充阻尼颗粒后的刀箱板可以有效降低运动部件造成的振动。
22.优选地，所述刀箱板颗粒的填充率为95～99％，例如可以是95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％或99％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
23.优选地，所述刀箱板颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或0.99，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
24.优选地，所述刀箱板颗粒的表面恢复系数为0.5～1，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
25.优选地，所述刀箱板颗粒按照粒径大小分为刀箱板大颗粒和刀箱板小颗粒。
26.优选地，所述刀箱板大颗粒和刀箱板小颗粒的重量比为1/6～1/4，例如可以是0.18、0.19、0.2、0.21、0.22、0.23、0.24或0.25，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
27.优选地，所述刀箱板大颗粒的粒径为3.5～5mm，例如可以是3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4.0mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm或5.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
28.优选地，所述刀箱板小颗粒的粒径为2～3mm，例如可以是2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
29.优选地，所述刀箱板颗粒包括铁颗粒。
30.在本发明中，刀盘主要由刀箱板、锥形板、径向肋板、支撑法兰和盘型滚刀等组成，刀盘系统是与掌子面直接接触并完成破岩掘进的重要组件，也是硬岩掘进机作业时振动的源头。可选地，对锥形板、径向肋板和滚刀刀轴的内部中空结构进行阻尼颗粒填充，锥形板内部填充铁颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/5至1/3之间，填充率为97～99％；径向肋板内部填充铁颗粒，且全部为
小颗粒，填充率为99％；滚刀刀轴内部填充铁颗粒，且全部为小颗粒，填充率为99％。
31.作为本发明一种优选的技术方案，所述机头架包括同轴设置的机头外架和机头内架，所述机头外架位于机头内架的内部，所述机头内架和机头外架之间设置有环形肋板，所述环形肋板的内周面对接机头外架的内周面，所述环形肋板的外周面对接机头内架的外周面。
32.所述机头外架、机头内架和环形肋板的空腔内填充有粒径不同的金属材质的机头架颗粒。
33.优选地，所述机头架颗粒的填充率为95～99％，例如可以是95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％或99％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
34.优选地，所述机头架颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或0.99，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
35.优选地，所述机头架颗粒的表面恢复系数为0.5～1，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
36.优选地，所述机头架颗粒按照粒径大小分为机头架大颗粒和机头架小颗粒。
37.优选地，所述机头架大颗粒和机头架小颗粒的重量比为1/6～1/3，例如可以是0.17、0.18、0.19、0.2、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.3、0.31、0.32或0.33，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
38.优选地，所述机头架大颗粒的粒径为3.5～5mm，例如可以是3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4.0mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm或5.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
39.优选地，所述机头架小颗粒的粒径为2～3mm，例如可以是2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
40.优选地，所述机头架颗粒包括铁颗粒。
41.在本发明中，机头架是重要的连接枢纽，也是振动传递的主要路径，但由于该部分结构紧凑，不宜将颗粒阻尼装置设计成外置式结构，因此需要对机头架内部中空封闭结构进行合理设置，进行阻尼颗粒的填充，降低振动对机头架及其承载的电机等器件的影响，同时减弱振动能量在机头架上的传播。
42.作为本发明一种优选的技术方案，所述电机的输出轴连接有减速器，所述电机和减速器外周设置有具有空腔的颗粒阻尼套环。
43.优选地，所述颗粒阻尼套环包括由内至外依次嵌套的内筒和外筒，所述外筒和内筒之间形成环形空腔，所述环形空腔的两端的敞口处分别设置有环形端盖，所述环形空腔内填充有金属材质的套环颗粒。
44.优选地，所述套环颗粒的填充率为99％。
45.优选地，所述套环颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或0.99，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其
它未列举的数值同样适用。
46.优选地，所述套环颗粒的表面恢复系数为0.5～1，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
47.优选地，所述套环颗粒的粒径为2～3mm，例如可以是2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
48.优选地，所述套环颗粒包括铁颗粒。
49.在本发明中，刀盘破岩产生的振动易对传动模块中的电机和减速器造成伤害，易造成动力失效。因此，设计专门的颗粒阻尼减振套环对电机和减速器进行保护，降低振动对关键组件的伤害。
50.作为本发明一种优选的技术方案，所述护盾包括顶护盾、底护盾，所述顶护盾和底护盾分别位于传动模块的顶部和底部。
51.优选地，所述顶护盾包括由下至上间隔设置的内圈板和外圈板，所述内圈板和外圈板为弧形柱状，所述内圈板和外圈板之间形成弧形空腔；所述弧形空腔内设置有若干径向隔板，所述径向隔板将弧形空腔分隔为若干顶护盾填充腔，所述顶护盾填充腔内填充有金属材质的护盾颗粒。
52.优选地，所述护盾颗粒的填充率为95～99％，例如可以是95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％或99％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
53.优选地，所述护盾颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或0.99，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
54.优选地，所述护盾颗粒的表面恢复系数为0.5～1，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
55.优选地，所述护盾颗粒的粒径为2～3mm，例如可以是2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
56.优选地，所述护盾颗粒包括铁颗粒。
57.优选地，所述底护盾和顶护盾的结构相同，所述底护盾的填充腔内填充有护盾颗粒，所述底护盾和顶护盾上下对称设置。
58.在本发明中，硬岩掘进机的减振护盾主要针对上下护盾，对护盾结构内部的富余空间或者重新设计的中空结构进行阻尼颗粒填充。护盾还包括两个侧护盾，所述护盾位于传动模块外周，用于保护机头架及其承载的电机和减速器等器件，免受落石和管涌的危害。
59.作为本发明一种优选的技术方案，所述主梁包括壳体以及壳体内腔顶部沿水平方向设置的横隔板，所述横隔板与壳体内腔顶部之间形成横隔板填充腔。
60.优选地，所述壳体内腔底面竖直设置有纵隔板，所述纵隔板的顶面边缘向壳体内侧壁的方向倾斜延伸形成支撑板，所述纵隔板、支撑板、壳体内侧壁和壳体内腔底面围成纵
隔板填充腔。
61.优选地，所述横隔板填充腔和纵隔板填充腔内填充有粒径不同的金属材质的主梁颗粒。
62.优选地，所述主梁颗粒的填充率为95～99％，例如可以是95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％或99％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
63.优选地，所述主梁颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或0.99，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
64.优选地，所述主梁颗粒的表面恢复系数为0.5～1，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
65.优选地，所述主梁颗粒按照粒径大小分为主梁大颗粒和主梁小颗粒。
66.优选地，所述主梁大颗粒和主梁小颗粒的重量比为1/7～1/5，例如可以是0.145、0.15、0.155、0.16、0.165、0.17、0.175、0.18、0.185、0.19、0.195或0.2，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
67.优选地，所述主梁大颗粒的粒径为3.5～5mm，例如可以是3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4.0mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm或5.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
68.优选地，所述主梁小颗粒的粒径为2～3mm，例如可以是2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
69.优选地，所述主梁颗粒包括铁颗粒。
70.在本发明中，主梁由前中后三段通过螺栓连接组合而成，所述前段靠近刀盘，所述后段远离刀盘。振动通过主梁向后传播，是振动能量传播的主要路径，而振动对主梁易造成其稳定性降低，产生金属疲劳，严重可使螺栓失效和主体结构断裂，造成设备报废。充分利用主梁前中后三段内部的中空区域和外部富裕空间进行合理设置颗粒阻尼装置，降低振动对该部分结构的影响，同时进一步削弱振动能量在主梁上的传播。
71.作为本发明一种优选的技术方案，所述支撑模块包括至少一个撑靴和支撑架，所述撑靴位于主梁中段的底部，用于固定所述主梁，所述支撑架位于主梁远离刀盘一端的底部。
72.优选地，所述撑靴包括外壳和设置于外壳内腔的若干纵横交错的分隔板，所述分隔板将外壳空腔分隔为若干撑靴填充腔，所述撑靴填充腔内填充有粒径不同的金属材质的撑靴颗粒。
73.优选地，所述撑靴颗粒的填充率为95～99％，例如可以是95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％或99％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
74.优选地，所述撑靴颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或0.99，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其
它未列举的数值同样适用。
75.优选地，所述撑靴颗粒的表面恢复系数为0.5～1，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
76.优选地，所述撑靴颗粒按照粒径大小分为撑靴大颗粒和撑靴小颗粒。
77.优选地，所述撑靴大颗粒和撑靴小颗粒的重量比为1/8～1/6，例如可以是0.125、0.13、0.135、0.14、0.145、0.15、0.155或0.16，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
78.优选地，所述撑靴大颗粒的粒径为3.5～5mm，例如可以是3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4.0mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm或5.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
79.优选地，所述撑靴小颗粒的粒径为2～3mm，例如可以是2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
80.优选地，所述撑靴颗粒包括铁颗粒。
81.优选地，所述支撑模块包括两个左右对称设置的撑靴。
82.在本发明中，撑靴在硬岩掘进机作业时紧贴于隧道内壁，保证刀盘在向前掘进时整机不产生滑移，在稳定整机姿态方面具有重要作用。
83.作为本发明一种优选的技术方案，所述支撑架包括支撑腿，所述支撑腿包括支撑脚和竖直设置于支撑脚上的两个纵板，所述纵板包括第一纵板和第二纵板，所述第一纵板和第二纵板之间形成支撑架空腔，所述支撑架空腔的顶部敞口端设置有端盖，所述支撑架空腔内填充有粒径不同的金属材质的支撑架颗粒。
84.优选地，所述支撑架颗粒的填充率为95～99％，例如可以是95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％或99％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
85.优选地，所述支撑架颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或0.99，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
86.优选地，所述支撑架颗粒的表面恢复系数为0.5～1，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
87.优选地，所述支撑架颗粒按照粒径大小分为支撑架大颗粒和支撑架小颗粒。
88.优选地，所述支撑架大颗粒和支撑架小颗粒的重量比为1/8～1/6，例如可以是0.125、0.13、0.135、0.14、0.145、0.15、0.155或0.16，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
89.优选地，所述支撑架大颗粒的粒径为3.5～5mm，例如可以是3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4.0mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm或5.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
90.优选地，所述支撑架小颗粒的粒径为2～3mm，例如可以是2.0mm、2.1mm、2.2mm、
2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
91.优选地，所述支撑架颗粒包括铁颗粒。
92.在本发明中，支撑架在稳定整机姿态方面具有重要作用，过量的振动易对该处结构和附属设施造成损害，而支撑架结构多数属于结构件，存在较多内部中空及外部富余空间，对这些结构合理设置，填充阻尼颗粒，在振动传播的路径上降低振动及其危害。所述支撑架还包括位于支撑腿上方的支撑液压缸，支撑液压缸用于支撑掘进设备，可防止支撑腿变形。
93.作为本发明一种优选的技术方案，所述刀盘、机头架、颗粒阻尼套环、顶护盾、底护盾、主梁、撑靴和支撑腿的结构板上设置有通气螺栓，所述通气螺栓连通外部环境和内部空腔。
94.优选地，所述通气螺栓为轴向贯通结构，所述通气螺栓内部由外至内依次填充有外疏水通气材料和内疏水通气材料。
95.优选地，所述通气螺栓的头部与结构板体外壁面之间设置有紧固垫。
96.在本发明中，通气螺栓设置安装在填充了阻尼颗粒的结构上，以不影响该结构的功能为前提预留通气孔，阻尼颗粒填充完毕后安装通气螺栓，便于内部空气的排出，同时避免水和杂物进入空腔结构内部。
97.优选地，所述硬岩掘进机还包括至少一个推进液压缸，所述推进液压缸的一端连接所述主梁靠近刀盘一侧的外侧壁，所述推进液压缸的另一端连接撑靴，所述推进液压缸用于驱动刀盘向前掘进。
98.优选地，所述主梁的两侧分别设置有一个推进液压缸，所述推进液压缸左右对称设置。
99.在本发明中，主梁两侧的推进液压缸为刀盘掘进破岩提供推力，且与撑靴协同作业，掘进设备不移动，保证刀盘破岩工作时的推力。
100.第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的硬岩掘进机的阻尼减振设计方法，所述阻尼减振设计方法包括：
101.对未填充金属颗粒的硬岩掘进机进行振动测试，根据采集的振动频率和振幅数据计算得到理论颗粒填充率，按照理论阻尼颗粒填充量对硬岩掘进机的模型内填充颗粒并进行阻尼实验，如果达到理想的减振效果，则按照当前的理论颗粒填充率填充金属颗粒，否则重新计算阻尼颗粒填充率。
102.示例性地，本发明提供的阻尼减振设计方法具体包括如下步骤：
103.步骤1，施工现场全面检测未采用任何减振技术的tbm硬岩掘进机工作时设备主体各个关键部位的振动，了解不同掘进地层和不同结构型号的tbm硬岩掘进机实际振动情况；
104.步骤2，分析并整理数据，确定目标设备主体各个关键结构振动强度及振动沿结构传播路径；
105.步骤3，根据设备主体不同结构部位的振动频率及振幅进行详细计算，由此确定不同结构部位填充阻尼颗粒的材质和填充量，并针对不同部位设计颗粒阻尼器样式；
106.步骤4，针对不同掘进地层和不同型号的tbm硬岩掘进机，对于空间有限的部位，在分析其结构的基础上进行重新设计；
107.步骤5，针对设备不同结构部位，设计缩比模型并开展颗粒阻尼振动试验；
108.判断方案是否可行？若是，则进入步骤6，若否，则返回步骤2；
109.步骤6，在前述工作基础上，对颗粒阻尼tbm硬岩掘进机设备主体不同部位的颗粒阻尼减振结构重新设计，如有必要则在该结构内部进行合理的空间划分，为安装隔板做准备；
110.步骤7，准备隔板并下料，隔板为薄板，材料与该结构部位材料一致即可，其尺寸符合设计要求；
111.步骤8，将两种规格的铁质阻尼颗粒分装成重量一样的小袋，并做好标示。具体来说，将需要填充的颗粒阻尼按大小不同分别按照相同重量包装成小袋，重量以人能搬动即可；
112.步骤9，阻尼颗粒按照不同结构部位的设计要求进行填充；
113.步骤8和步骤9的具体操作过程为：需要利用结构内部空间进行阻尼颗粒填充的，在各结构零件下料过程中，提前在各个结构的相应位置预留阻尼颗粒填充孔，原则上一个独立的空间结构对应一个颗粒填充孔。在这些结构组装焊接作业时，将各个结构空间内隔板按照设计要求安装到位，其中隔板的焊接采用断续焊工艺方式；
114.需要说明的是，硬岩掘进机各个关键结构内隔板的固定方式还包括螺栓连接或铆接，本发明对隔板固定方式不作具体要求和特殊限定，现有技术中已公开或新技术中未公开的固定方式均可用于本发明中，对此进行的常规替换得到的新的技术方案同样落入本发明的保护范围和公开范围之内；
115.由于设备尺寸较大，颗粒填充时，需要用吊车分别将目标部装结构拉起并保持最终产品组装姿势进行操作，按照颗粒填充要求人工对该区域每个空间进行颗粒填充，待该区域每个空间的阻尼颗粒接近填充孔时，可将部装结构适度倾斜，完成所有阻尼颗粒的填充，随后将填充孔封闭焊接，最后安装通气螺栓。每个空间颗粒填充时，人工将颗粒一袋一袋倒入该处空间，小直径颗粒倒入一层后均匀分布再倒入大直径颗粒，这样大小直径颗粒分层填充；
116.而需要利用外部富余空间安装颗粒阻尼装置的，则根据设计提前将用于目标结构的颗粒阻尼器加工制作完成，通过螺栓、铆钉或焊接等方式安装在目标结构预定位置；
117.步骤10，tbm硬岩掘进机的刀盘的刀箱板内填充铁颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/6至1/4之间，填充率为95～99％；锥形板内部填充铁颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/5至1/3之间，填充率为97～99％；肋板内部填充铁颗粒，且全部为小颗粒，填充率为99％；滚刀刀轴内部填充铁颗粒，且全部为小颗粒，填充率为99％；
118.步骤11，tbm硬岩掘进机的机头架内部填充阻尼颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/6至1/3之间，填充率为95～99％；
119.步骤12，tbm硬岩掘进机的电机和减速器外周的颗粒阻尼套环，其内部填充阻尼颗粒，阻尼颗粒全部为小颗粒，填充率为99％；
120.步骤13，tbm硬岩掘进机的护盾内部填充阻尼颗粒，阻尼颗粒全部为小颗粒，填充
率为95～99％；
121.步骤14，tbm硬岩掘进机的主梁内部填充阻尼颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/7至1/5之间，填充率为95～99％，局部可在主梁外部富余空间设计安装颗粒阻尼减振装置；
122.步骤15，tbm硬岩掘进机的撑靴内部填充阻尼颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/8至1/6之间，填充率为95～99％；
123.步骤16，tbm硬岩掘进机的支撑架内部填充阻尼颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/8至1/6之间，填充率为95～99％，局部可在支撑架外部富余空间设计安装颗粒阻尼减振装置；
124.步骤17，待所有结构部位阻尼颗粒填充完成后，按照tbm硬岩掘进主机的设计要求，将设备主体结构进行组装形成完整的tbm硬岩掘进主机，并与tbm硬岩掘进机的其余结构进行总装及调试；
125.步骤18，利用激振器和振动测试仪等对完成总装后的tbm硬岩掘进机进行振动测试，检测减振效果；待该tbm硬岩掘进机进入项目施工现场后，定期对设备主体进行振动实测，以确定最终减振效果，并逐步优化颗粒阻尼减振方案，完善颗粒阻尼tbm硬岩掘进机的阻尼设计。
126.上述基于颗粒阻尼的tbm硬岩掘进机减振设计方法适用于所有类型的tbm硬岩掘进机减振需求，具体实施中可根据实际设计及制造需要对相关步骤和关键部件的结构进行调整。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。
127.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
128.硬岩掘进机在掘进作业中，其刀盘的滚刀破岩过程是振动产生的源头，而刀盘、机头架、护盾、主梁、支撑模块等主要结构是振动传递的主要路径。单纯增大这些结构的重量或使用传统减振装置也是一种抑振途径，但是无法有效减弱振动产生的巨大能量，增大重量的方法容易造成机体共振的产生，危害更甚，而且还会增加整机加工制造成本。因此，本发明重新布局并合理利用这些结构内部空间，进行颗粒阻尼设计和填充，能够大幅度降低硬岩掘进设备作业时刀盘及整机的振动，提高施工效率，延长设备零部件及整机寿命，还可以降低设备的制造、维修和保养成本。
附图说明
129.图1为本发明一个具体实施方式提供的硬岩掘进机的主视图；
130.图2为本发明一个具体实施方式提供的刀盘的主视图；
131.图3为本发明一个具体实施方式提供的机头架的主视图；
132.图4为本发明一个具体实施方式提供的颗粒阻尼套环的主视图；
133.图5为本发明一个具体实施方式提供的顶护盾的侧视图；
134.图6为本发明一个具体实施方式提供的主梁的侧视图；
135.图7为本发明一个具体实施方式提供的撑靴的侧视图；
136.图8为本发明一个具体实施方式提供的支撑腿的侧视图；
137.图9为本发明一个具体实施方式提供的通气螺栓的结构示意图；
138.其中，1-刀盘；2-机头架；3-电机；4-护盾；5-主梁；6-撑靴；7-支撑架；8-刀箱板；9-锥形板；10-径向肋板；11-支撑法兰；12-轴承；13-机头内架；14-机头外架；15-环形肋板；16-外筒；17-内筒；18-环形端盖；19-外圈板；20-内圈板；21-径向隔板；22-壳体；23-横隔板；24-纵隔板；25-外壳；26-分隔板；27-第一纵板；28-第二纵板；29-端盖；30-支撑脚；31-结构板体；32-内部空腔；33-紧固垫；34-通气螺栓；35-内疏水通气材料；36-外疏水通气材料。
具体实施方式
139.需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
140.需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
141.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
142.在一个具体实施方式中，本发明提供了一种基于颗粒阻尼减振的硬岩掘进机，如图1所示，所述硬岩掘进机包括主梁5和设置于主梁5前端的传动模块，所述主梁5通过传动模块连接有刀盘1，所述传动模块的外周设置有护盾4，所述主梁5的底部设置有支撑模块。
143.所述传动模块包括电机3和承载电机3的机头架2，所述电机3与刀盘1传动连接，用于带动刀盘1旋转，所述主梁5和刀盘1通过机头架2连接。
144.所述刀盘1、机头架2、护盾4、主梁5和支撑模块的空腔内填充有金属颗粒。
145.硬岩掘进机在掘进作业中，其刀盘1的滚刀破岩过程是振动产生的源头，而刀盘1、机头架2、护盾4、主梁5、支撑模块等主要结构是振动传递的主要路径。单纯增大这些结构的重量或使用传统减振装置也是一种抑振途径，但是无法有效减弱振动产生的巨大能量，增大重量的方法容易造成机体共振的产生，危害更甚，而且还会增加整机加工制造成本。因此，本发明重新布局并合理利用这些结构内部空间，进行颗粒阻尼设计和填充，能够大幅度降低硬岩掘进设备作业时刀盘1及整机的振动，提高施工效率，延长设备零部件及整机寿命，还可以降低设备的制造、维修和保养成本。
146.需要说明的是，本发明填充的颗粒可以是任意形状的金属和非金属颗粒，但是从成本、制作周期和使用效果来分析，球形铁颗粒是最理想选择。
147.若需技术改进的目标tbm硬岩掘进设备机型整体尺寸不大，主机系统关键结构内部可以填充阻尼颗粒的密闭空间较小，在不影响主机正常工作的前提下，通过计算设计可将颗粒阻尼制作成独立器件固定安装在tbm硬岩掘进机主机系统振动传递路径结构上。
148.进一步地，所述刀盘1包括具有空腔的刀箱板8，如图2所示，所述刀箱板8内设置有若干滚刀。
149.优选地，所述刀箱板8包括平行设置的刀箱前板和刀箱后板，沿所述刀箱前板和刀箱后板的外缘设置有导向外周板，所述刀箱前板、刀箱后板和导向外周板围成刀箱板空腔。
150.优选地，所述刀箱板8空腔内设置有若干径向结构板和若干隔板，所述径向结构板和隔板将刀箱板空腔分割为若干刀箱板填充腔，所述刀箱板填充腔内填充有粒径不同的金属材质的刀箱板颗粒。
151.在本发明中，刀箱板8的中空封闭结构形成了颗粒阻尼的填充空间，为合理设置颗粒填充布局，实现减振效果最大化，上述结构内部均设置安装有隔板，填充阻尼颗粒后的刀箱板8可以有效降低运动部件造成的振动。
152.优选地，所述刀箱板颗粒的填充率为95～99％。
153.优选地，所述刀箱板颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99。
154.优选地，所述刀箱板颗粒的表面恢复系数为0.5～1。
155.优选地，所述刀箱板颗粒按照粒径大小分为刀箱板大颗粒和刀箱板小颗粒。
156.优选地，所述刀箱板大颗粒和刀箱板小颗粒的重量比为1/6～1/4。
157.优选地，所述刀箱板大颗粒的粒径为3.5～5mm。
158.优选地，所述刀箱板小颗粒的粒径为2～3mm。
159.优选地，所述刀箱板颗粒包括铁颗粒。
160.在本发明中，刀盘1主要由刀箱板8、锥形板9、径向肋板10、支撑法兰11和盘型滚刀等组成，刀盘1是与掌子面直接接触并完成破岩掘进的重要组件，也是硬岩掘进机作业时振动的源头。可选地，对锥形板9、径向肋板10和滚刀刀轴的内部中空结构进行阻尼颗粒填充，锥形板9内部填充铁颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/5至1/3之间，填充率为97～99％；径向肋板10内部填充铁颗粒，且全部为小颗粒，填充率为99％；滚刀刀轴内部填充铁颗粒，且全部为小颗粒，填充率为99％。
161.进一步地，如图3所示，所述机头架2包括同轴设置的机头外架14和机头内架13，所述机头外架14位于机头内架13的内部，所述机头内架13和机头外架14之间设置有环形肋板15，所述环形肋板15的内周面对接机头外架14的内周面，所述环形肋板15的外周面对接机头内架13的外周面。
162.所述机头外架14、机头内架13和环形肋板15的空腔内填充有粒径不同的金属材质的机头架颗粒。
163.优选地，所述机头架颗粒的填充率为95～99％。
164.优选地，所述机头架颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99。
165.优选地，所述机头架颗粒的表面恢复系数为0.5～1。
166.优选地，所述机头架颗粒按照粒径大小分为机头架大颗粒和机头架小颗粒。
167.优选地，所述机头架大颗粒和机头架小颗粒的重量比为1/6～1/3。
168.优选地，所述机头架大颗粒的粒径为3.5～5mm。
169.优选地，所述机头架小颗粒的粒径为2～3mm。
170.优选地，所述机头架颗粒包括铁颗粒。
171.在本发明中，机头架2是重要的连接枢纽，也是振动传递的主要路径，但由于该部分结构紧凑，不宜将颗粒阻尼装置设计成外置式结构，因此需要对机头架2内部中空封闭结构进行合理设置，进行阻尼颗粒的填充，降低振动对机头架2及其承载的电机3等器件的影响，同时减弱振动能量在机头架2上的传播。
172.进一步地，所述电机3的输出轴连接有减速器，所述电机3和减速器外周设置有具有空腔的颗粒阻尼套环。
173.优选地，如图4所示，所述颗粒阻尼套环包括由内至外依次嵌套的内筒17和外筒16，所述外筒16和内筒17之间形成环形空腔，所述环形空腔的两端的敞口处分别设置有环形端盖18，所述环形空腔内填充有金属材质的套环颗粒。
174.优选地，所述套环颗粒的填充率为99％。
175.优选地，所述套环颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99。
176.优选地，所述套环颗粒的表面恢复系数为0.5～1。
177.优选地，所述套环颗粒的粒径为2～3mm。
178.优选地，所述套环颗粒包括铁颗粒。
179.在本发明中，刀盘1破岩产生的振动易对传动模块中的电机3和减速器造成伤害，易造成动力失效。因此，设计专门的颗粒阻尼减振套环对电机3和减速器进行保护，降低振动对关键组件的伤害。
180.进一步地，所述护盾4包括顶护盾、底护盾，所述顶护盾和底护盾分别位于传动模块的顶部和底部。
181.优选地，如图5所示，所述顶护盾包括由下至上间隔设置的内圈板20和外圈板19，所述内圈板20和外圈板19为弧形柱状，所述内圈板20和外圈板19之间形成弧形空腔；所述弧形空腔内设置有若干径向隔板21，所述径向隔板21将弧形空腔分隔为若干顶护盾填充腔，所述顶护盾填充腔内填充有金属材质的护盾颗粒。
182.优选地，所述护盾颗粒的填充率为95～99％。
183.优选地，所述护盾颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99。
184.优选地，所述护盾颗粒的表面恢复系数为0.5～1。
185.优选地，所述护盾颗粒的粒径为2～3mm。
186.优选地，所述护盾颗粒包括铁颗粒。
187.优选地，所述底护盾和顶护盾的结构相同，所述底护盾的填充腔内填充有护盾颗粒，所述底护盾和顶护盾上下对称设置。
188.在本发明中，硬岩掘进机的减振护盾4主要针对上下护盾，对上下护盾结构内部的富余空间或者重新设计的中空结构进行阻尼颗粒填充。护盾4还包括两个侧护盾，所述护盾4位于传动模块外周，用于保护机头架2及其承载的电机3和减速器等器件，免受落石和管涌的危害。
189.进一步地，如图6所示，所述主梁5包括壳体22以及壳体22内腔顶部沿水平方向设置的横隔板23，所述横隔板23与壳体22内腔顶部之间形成横隔板填充腔。
190.优选地，所述壳体22内腔底面竖直设置有纵隔板24，所述纵隔板24的顶面边缘向壳体22内侧壁的方向倾斜延伸形成支撑板，所述纵隔板24、支撑板、壳体22内侧壁和壳体22内腔底面围成纵隔板填充腔。
191.优选地，所述横隔板填充腔和纵隔板填充腔内填充有粒径不同的金属材质的主梁颗粒。
192.优选地，所述主梁颗粒的填充率为95～99％。
193.优选地，所述主梁颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99。
194.优选地，所述主梁颗粒的表面恢复系数为0.5～1。
195.优选地，所述主梁颗粒按照粒径大小分为主梁大颗粒和主梁小颗粒。
196.优选地，所述主梁大颗粒和主梁小颗粒的重量比为1/7～1/5。
197.优选地，所述主梁大颗粒的粒径为3.5～5mm。
198.优选地，所述主梁小颗粒的粒径为2～3mm。
199.优选地，所述主梁颗粒包括铁颗粒。
200.在本发明中，主梁5由前中后三段通过螺栓连接组合而成，所述前段靠近刀盘1，所述后段远离刀盘1。振动通过主梁5向后传播，是振动能量传播的主要路径，而振动对主梁5易造成其稳定性降低，产生金属疲劳，严重可使螺栓失效和主体结构断裂，造成设备报废。充分利用主梁5前中后三段内部的中空区域和外部富裕空间进行合理设置颗粒阻尼装置，降低振动对该部分结构的影响，同时进一步削弱振动能量在主梁5上的传播。
201.进一步地，所述支撑模块包括至少一个撑靴6和支撑架7，所述撑靴6位于主梁5中段的底部，用于固定所述主梁5，所述支撑架7位于主梁5远离刀盘1一端的底部。
202.优选地，如图7所示，所述撑靴6包括外壳25和设置于外壳25内腔的若干纵横交错的分隔板26，所述分隔板26将外壳25空腔分隔为若干撑靴填充腔，所述撑靴填充腔内填充有粒径不同的金属材质的撑靴颗粒。
203.优选地，所述撑靴颗粒的填充率为95～99％。
204.优选地，所述撑靴颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99。
205.优选地，所述撑靴颗粒的表面恢复系数为0.5～1。
206.优选地，所述撑靴颗粒按照粒径大小分为撑靴大颗粒和撑靴小颗粒。
207.优选地，所述撑靴大颗粒和撑靴小颗粒的重量比为1/8～1/6。
208.优选地，所述撑靴大颗粒的粒径为3.5～5mm。
209.优选地，所述撑靴小颗粒的粒径为2～3mm。
210.优选地，所述撑靴颗粒包括铁颗粒。
211.优选地，所述支撑模块包括两个左右对称设置的撑靴6。
212.在本发明中，撑靴6在硬岩掘进机作业时紧贴于隧道内壁，保证刀盘1在向前掘进时整机不产生滑移，在稳定整机姿态方面具有重要作用。
213.进一步地，所述支撑架7包括支撑腿，如图8所示，所述支撑腿包括支撑脚30和竖直设置于支撑脚30上的两个纵板，所述纵板包括第一纵板27和第二纵板28，所述第一纵板27和第二纵板28之间形成支撑架空腔，所述支撑架空腔的顶部敞口端设置有端盖29，所述支撑架空腔内填充有粒径不同的金属材质的支撑架颗粒。
214.优选地，所述支撑架颗粒的填充率为95～99％。
215.优选地，所述支撑架颗粒的表面摩擦因子为0.5～0.99。
216.优选地，所述支撑架颗粒的表面恢复系数为0.5～1。
217.优选地，所述支撑架颗粒按照粒径大小分为支撑架大颗粒和支撑架小颗粒。
218.优选地，所述支撑架大颗粒和支撑架小颗粒的重量比为1/8～1/6。
219.优选地，所述支撑架大颗粒的粒径为3.5～5mm。
220.优选地，所述支撑架小颗粒的粒径为2～3mm。
221.优选地，所述支撑架颗粒包括铁颗粒。
222.在本发明中，支撑架7在稳定整机姿态方面具有重要作用，过量的振动易对该处结构和附属设施造成损害，而支撑架7结构多数属于结构件，存在较多内部中空及外部富余空间，对这些结构合理设置，填充阻尼颗粒，在振动传播的路径上降低振动及其危害。所述支撑架7还包括位于支撑腿上方的支撑液压缸，支撑液压缸用于支撑掘进设备，可防止支撑腿变形。
223.进一步地，所述刀盘1、机头架2、颗粒阻尼套环、顶护盾、底护盾、主梁5、撑靴6和支撑腿的结构板上设置有通气螺栓34，所述通气螺栓34连通外部环境和内部空腔32。
224.优选地，如图9所示，所述通气螺栓34为轴向贯通结构，所述通气螺栓34内部由外至内依次填充有外疏水通气材料36和内疏水通气材料35。
225.优选地，所述通气螺栓34的头部与结构板体31外壁面之间设置有紧固垫33。
226.在本发明中，通气螺栓34设置安装在填充了阻尼颗粒的结构上，以不影响该结构的功能为前提预留通气孔，阻尼颗粒填充完毕后安装通气螺栓34，便于内部空气的排出，同时避免水和杂物进入空腔结构内部。
227.优选地，所述硬岩掘进机还包括至少一个推进液压缸，所述推进液压缸的一端连接所述主梁5靠近刀盘1一侧的外侧壁，所述推进液压缸的另一端连接撑靴6，所述推进液压缸用于驱动刀盘1向前掘进。
228.优选地，所述主梁5的两侧分别设置有一个推进液压缸，所述推进液压缸左右对称设置。
229.在本发明中，主梁5两侧的推进液压缸为刀盘1掘进破岩提供推力，且与撑靴6协同作业，掘进设备不移动，保证刀盘1破岩工作时的推力。
230.在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种第一方面所述的硬岩掘进机的阻尼减振设计方法，所述阻尼减振设计方法包括：
231.对未填充金属颗粒的硬岩掘进机进行振动测试，根据采集的振动频率和振幅数据计算得到理论颗粒填充率，按照理论阻尼颗粒填充量对硬岩掘进机的模型内填充颗粒并进行阻尼实验，如果达到理想的减振效果，则按照当前的理论颗粒填充率填充金属颗粒，否则重新计算阻尼颗粒填充率。
232.示例性地，本发明提供的阻尼减振设计方法具体包括如下步骤：
233.步骤1，施工现场全面检测未采用任何减振技术的tbm硬岩掘进机工作时设备主体各个关键部位的振动，了解不同掘进地层和不同结构型号的tbm硬岩掘进机实际振动情况；
234.步骤2，分析并整理数据，确定目标设备主体各个关键结构振动强度及振动沿结构传播路径；
235.步骤3，根据设备主体不同结构部位的振动频率及振幅进行详细计算，由此确定不
同结构部位填充阻尼颗粒的材质和填充量，并针对不同部位设计颗粒阻尼器样式；
236.步骤4，针对不同掘进地层和不同型号的tbm硬岩掘进机，对于空间有限的部位，在分析其结构的基础上进行重新设计；
237.步骤5，针对设备不同结构部位，设计缩比模型并开展颗粒阻尼振动试验；
238.判断方案是否可行？若是，则进入步骤6，若否，则返回步骤2；
239.步骤6，在前述工作基础上，对颗粒阻尼tbm硬岩掘进机设备主体不同部位的颗粒阻尼减振结构重新设计，如有必要则在该结构内部进行合理的空间划分，为安装隔板做准备；
240.步骤7，准备隔板并下料，隔板为薄板，材料与该结构部位材料一致即可，其尺寸符合设计要求；
241.步骤8，将两种规格的铁质阻尼颗粒分装成重量一样的小袋，并做好标示。具体来说，将需要填充的颗粒阻尼按大小不同分别按照相同重量包装成小袋，重量以人能搬动即可；
242.步骤9，阻尼颗粒按照不同结构部位的设计要求进行填充；
243.步骤8和步骤9的具体操作过程为：需要利用结构内部空间进行阻尼颗粒填充的，在各结构零件下料过程中，提前在各个结构的相应位置预留阻尼颗粒填充孔，原则上一个独立的空间结构对应一个颗粒填充孔。在这些结构组装焊接作业时，将各个结构空间内隔板按照设计要求安装到位，其中隔板的焊接采用断续焊工艺方式；
244.需要说明的是，硬岩掘进机各个关键结构内隔板的固定方式还包括螺栓连接或铆接，本发明对隔板固定方式不作具体要求和特殊限定，现有技术中已公开或新技术中未公开的固定方式均可用于本发明中，对此进行的常规替换得到的新的技术方案同样落入本发明的保护范围和公开范围之内；
245.由于设备尺寸较大，颗粒填充时，需要用吊车分别将目标部装结构拉起并保持最终产品组装姿势进行操作，按照颗粒填充要求人工对该区域每个空间进行颗粒填充，待该区域每个空间的阻尼颗粒接近填充孔时，可将部装结构适度倾斜，完成所有阻尼颗粒的填充，随后将填充孔封闭焊接，最后安装通气螺栓34。每个空间颗粒填充时，人工将颗粒一袋一袋倒入该处空间，小直径颗粒倒入一层后均匀分布再倒入大直径颗粒，这样大小直径颗粒分层填充；
246.而需要利用外部富余空间安装颗粒阻尼装置的，则根据设计提前将用于目标结构的颗粒阻尼器加工制作完成，通过螺栓、铆钉或焊接等方式安装在目标结构预定位置；
247.步骤10，tbm硬岩掘进机的刀盘1的刀箱板8内填充铁颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/6至1/4之间，填充率为95～99％；锥形板9内部填充铁颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/5至1/3之间，填充率为97～99％；肋板内部填充铁颗粒，且全部为小颗粒，填充率为99％；滚刀刀轴内部填充铁颗粒，且全部为小颗粒，填充率为99％；
248.步骤11，tbm硬岩掘进机的机头架2内部填充阻尼颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/6至1/3之间，填充率为95～99％；
249.步骤12，tbm硬岩掘进机的电机3和减速器外周的颗粒阻尼套环，其内部填充阻尼颗粒，阻尼颗粒全部为小颗粒，填充率为99％；
250.步骤13，tbm硬岩掘进机的护盾4内部填充阻尼颗粒，阻尼颗粒全部为小颗粒，填充率为95～99％；
251.步骤14，tbm硬岩掘进机的主梁5内部填充阻尼颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/7至1/5之间，填充率为95～99％，局部可在主梁5外部富余空间设计安装颗粒阻尼减振装置；
252.步骤15，tbm硬岩掘进机的撑靴6内部填充阻尼颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/8至1/6之间，填充率为95～99％；
253.步骤16，tbm硬岩掘进机的支撑架7内部填充阻尼颗粒，阻尼颗粒按照一层小颗粒、一层大颗粒的方式进行填充，其大颗粒和小颗粒填充的重量比在1/8至1/6之间，填充率为95～99％，局部可在支撑架7外部富余空间设计安装颗粒阻尼减振装置；
254.步骤17，待所有结构部位阻尼颗粒填充完成后，按照tbm硬岩掘进主机的设计要求，将设备主体结构进行组装形成完整的tbm硬岩掘进主机，并与tbm硬岩掘进机的其余结构进行总装及调试；
255.步骤18，利用激振器和振动测试仪等对完成总装后的tbm硬岩掘进机进行振动测试，检测减振效果；待该tbm硬岩掘进机进入项目施工现场后，定期对设备主体进行振动实测，以确定最终减振效果，并逐步优化颗粒阻尼减振方案，完善颗粒阻尼tbm硬岩掘进机的阻尼设计。
256.上述基于颗粒阻尼的tbm硬岩掘进机减振设计方法适用于所有类型的tbm硬岩掘进机减振需求，具体实施中可根据实际设计及制造需要对相关步骤和关键部件的结构进行调整。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。
257.申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。