TBM出碴過程離散元仿真及新型出碴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)是代表我國先進(jìn)制造水平的大型復(fù)雜專用設(shè)備。TBM的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高，市場需求大，而我國對(duì)TBM研究起步較晚，目前關(guān)鍵部件仍依賴進(jìn)口，因此我們急需掌握TBM設(shè)計(jì)與制造技術(shù)并實(shí)現(xiàn)全面國產(chǎn)化。刀盤出碴結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)影響著TBM的掘進(jìn)效率及刀盤的使用壽命，是刀盤設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，然而當(dāng)前對(duì)刀盤出碴性能相關(guān)問題的研究卻鮮見報(bào)道，在以往的刀盤設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者僅憑自身的工程經(jīng)驗(yàn)來完成出碴結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，缺乏相應(yīng)的理論支撐。據(jù)此，

2、本文針對(duì)刀盤出碴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)問題，基于PFC3D離散元仿真平臺(tái)，從刀盤開口面積的確定、出碴槽結(jié)構(gòu)及布置設(shè)計(jì)、新型溜碴板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行了一系列的研究，并以工程實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴綜合考慮不同階段情況下巖碴排出過程對(duì)刀盤出碴性能的影響，并以刀盤盤面顆粒數(shù)量、排出顆粒數(shù)量、刀盤內(nèi)部顆粒數(shù)量及刀盤內(nèi)部顆粒波動(dòng)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)而提出了一種基于模糊偏好的刀盤出碴性能評(píng)價(jià)方法。⑵針對(duì)當(dāng)前工程設(shè)計(jì)中刀盤開口面積選擇缺

3、乏理論支撐的現(xiàn)狀，本文分別建立了不同開口面積方案的刀盤模型，其直徑分別為5.55m、6.5m、8.3m、9.2m和10.4m，并以離散元仿真軟件PFC3D為平臺(tái)對(duì)刀盤的出碴過程進(jìn)行仿真，進(jìn)一步采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)各方案中刀盤的出碴性能作出評(píng)價(jià)，從而確定某一直徑下刀盤的最優(yōu)開口面積取值范圍，并在此基礎(chǔ)上建立了刀盤直徑與開口面積的映射關(guān)系。⑶基于刀盤最優(yōu)開口面積，以出碴槽長度、寬度及數(shù)量為設(shè)計(jì)變量建立了不同出碴槽設(shè)計(jì)方案的刀盤三維模型，進(jìn)

4、一步采用PFC3D對(duì)各方案刀盤的出碴過程進(jìn)行仿真，從而根據(jù)刀盤出碴性能的評(píng)價(jià)方法確定了以下出碴槽布置設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：盡可能增加出碴槽數(shù)量；優(yōu)先保證出碴槽的長度；出碴槽的開口寬度僅需保證巖碴順利進(jìn)入刀盤內(nèi)部即可。最終以某工程刀盤為例，提出兩種刀盤出碴槽布置設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，結(jié)果表明，兩種改進(jìn)方案的刀盤綜合出碴性能分別提高了8.52％和13.44％。⑷針對(duì)傳統(tǒng)溜碴板在出碴性能方面的不足，在不影響刀盤強(qiáng)度和剛度的前提下，提出了折線型溜碴板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法