双轮铣槽机是专用防渗连续墙施工设备,国内地下工程的高速发展导致该设备市场需求日趋旺盛,然而,我国目前尚不具备研制和生产具有自主知识产权的同类型产品的能力,因此,其国产化研制已成为亟需解决的重要问题。铣轮系统是双轮铣槽机设计难度最大的核心系统之一。设备成槽尺寸限制了系统的设计空间,导致其传动系统无法直接承受岩土铣削作业时产生的重载、随机和冲击的外部激励,因而需在刀具和传动系统之间设置减振环节,形成了一条岩土→刀具→减振→传动→驱动的载荷传递路线。其中,减振系统和传动系统是该载荷传递路线中两个极其重要的子系统,其动态特性直接影响着铣轮系统铣削功能的实现以及整机运行的可靠性、稳定性和寿命,研究并改善减振系统和传动系统的动力学特性是实现双轮铣槽机国产化研制所必须解决的两个关键问题。本文结合理论建模、数值分析和物理实验,对双轮铣槽机工作装置铣轮系统的动力学特性,包括橡胶减振系统减振与隔冲特性,以及多级行星齿轮传动系统动态特性和均载特性,进行了较为深入的研究,从而为双轮铣槽机国产化研制和铣轮系统动力学特性改善提供了理论依据和技术支持。论文主要研究内容与成果如下：1.针对铣轮橡胶减振系统的两种减振材料,即各向同性天然橡胶(NR60)和各向异性短纤维增强橡胶(FR75),研究了NR60材料静态和动态力学性能的计算方法,在此基础上,通过在超弹性和弹塑性模型中加以表征纤维方向的单元,建立了FR75材料的各向异性超弹性—粘弹性—弹塑性一维叠加力学模型；通过拟合材料静态和动态力学实验数据,完成了两种橡胶材料模型的参数辨识,验证了所建模型的正确性,为铣轮减振系统在实际工况下的减振和隔冲性能分析提供了材料参数。2.规划了铣轮橡胶减振系统的动态设计流程,按此流程,分析了系统铣削作业时的外部激励,综合考虑成槽尺寸和传动系统设计空间等约束条件,依次确定了铣轮橡胶减振系统的设计要求,结构形式及其尺寸边界条件,建立了系统的有限元模型,实现了橡胶材料各向异性及其叠加力学性能的材料属性配置,对系统的动态响应进行了求解和分析。结果表明,NR60和FR75材料均能满足系统的减振性能需求,但针对铣轮系统的重载铣削工况,FR75材料在强度方面具有明显优势,因此更适合作为系统的减振材料；随着截面橡胶厚度的增大,系统周向隔振系数减小,冲击衰减时间增长,经比较,橡胶厚度为15mm时系统的综合性能最佳；通过增加系统轴向内外圈壳体间的橡胶厚度,有效改善了系统橡胶材料的受力状态。最终完成了系统的动态设计,并应用于铣轮系统样机制造中,实践证明,该设计能够满足系统减振和传递扭矩的要求。3.通过分析铣轮传动系统的设计要求和约束条件,确定了系统的传动方案；采用集中质量法,建立了铣轮两级行星齿轮传动系统包含级间耦合刚度、时变啮合刚度、啮合误差以及齿侧间隙的纯扭转非线性动力学模型,并运用第二类Lagrange方程推导了对应的系统运动微分方程。此动力学模型和运动微分方程适用于任意级数、任意行星轮个数以及任意功率流形式的多级行星齿轮传动系统,为考察铣轮传动系统非线性动态特性提供了理论模型。4.基于铣轮两级行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型,采用Gill积分法对系统的非线性动态响应进行了求解；结合全局分岔图,分析了激励频率、啮合阻尼比以及齿侧间隙对系统分岔与混沌特性的影响,探索了系统进入混沌运动的途径。结果表明,系统处于混沌运动状态时,构件的振动响应幅值远大于系统处于稳定周期运动状态时的响应幅值；从抑制混沌的角度出发,系统的输入转速应避开255r/min~310r/min,380r/min~390r/min和570r/min~615r/min范围；随着啮合阻尼比的增大,系统非周期运动范围及其动态响应幅值呈减小趋势；减小齿侧间隙,有利于改善系统的动态特性。5.在铣轮两级行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型的基础上,通过附加考虑系统各中心构件的横向振动位移,建立了系统平移—扭转耦合动力学模型,基于此模型,对系统的动力学均载系数进行了数值求解与分析。结果表明,增大负载和浮动一个或多个中心构件可改善系统均载性能,对于铣轮传动系统,同时浮动太阳轮和行星架时系统的均载性能最好；在满足静态强度条件时,减少行星轮个数有利于提升系统的均载性能；相比于装配误差和齿厚偏差,构件的加工误差对系统均载性能影响最大。以上结论在系统样机研制中得到了良好验证,有效改善了铣轮传动系统的均载性能和承载能力。