TBM大直徑盤形滾刀破巖仿真及刀圈材料性能的研究.pdf

1、Athesis(dissertation)submittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyontherockbreakingprocesssimulationoftheTBMdisccutterwithlargediameterandthepropertyofdisccuttersbladeByLiuyangDuanSupervisor：AssociateProfYinxia

2、ZhangMechanicalEngineering一一MechanicalengineeringSchoolApril2014摘要摘要城市的各種地下工程比如城市地鐵、市政管道和水工隧道等還有全國范圍內(nèi)的鐵路隧道、公路隧道等，這些工程的施工需要大量的隧道掘進機(TBM)。盤形滾刀是TBM切削巖石的刀具，屬于易損耗件，在工程中消耗量很大，它的性能直接影響到工程的工期和工程造價。而國內(nèi)對TBM滾刀切削巖石的載荷狀況以及刀圈的材料與機械性能方

3、面的研究相對較少。因此，深入研究TBM盤形滾刀破巖機理及刀圈材料性能對研制大直徑、長壽命、高性能的滾刀，減少對TBM刀具的依賴及降低工程成本均有重要的現(xiàn)實意義。本文首先分析了TBM盤形滾刀的結構、材料及其適用范圍。然后采用ANSYS／LS—DYNA對TBM滾刀滾削巖石的過程進行動態(tài)模擬和動力學分析，得到了巖石單軸抗壓強度為45MPa時滾刀承受的切削載荷，通過與理論計算結果及實驗數(shù)據(jù)的對比，驗證了該仿真結果的可靠性。仿真研究了切削深度、滾

4、刀轉動速度等切削參數(shù)對滾刀切削載荷的影響規(guī)律，得到在巖石單軸抗壓強度為45MPa時的最佳切削速度及貫入度，為工程人員在較軟圍巖介質(zhì)的工況下設計工作參數(shù)提供了合理依據(jù)。另外，本文試驗研究了現(xiàn)有國產(chǎn)刀圈的材料、金相組織及刀圈硬度的分布規(guī)律。結果表明，刀圈的平均硬度為49HRC，而國外高性能刀圈的硬度為5456HRC，最高能達到63HRC，通過對刀圈組織的金相分析指出了刀圈性能的不足之處并提出改進建議。關鍵詞：TBM滾刀刀圈；破巖過程；仿真模