全斷面巖石掘進機刀具磨損狀態(tài)的分析與識別.pdf

1、全斷面巖石掘進機(TBM)是一種專門用于開挖巖石隧道與地下通道工程的大型高科技施工裝備。在硬巖TBM掘進過程中,刀具磨損消耗一直是困擾施工效率的瓶頸問題之一。本論文以硬巖TBM的滾刀為對象,圍繞著刀具磨損狀態(tài)檢測理論與預(yù)估方法展開研究。在研究中從裝備載荷與能耗信息分析入手,建立這些信息與刀具摩擦和磨損的關(guān)聯(lián),進而從載荷與能耗信息的響應(yīng)變化中對刀具磨損狀態(tài)進行識別與提取,以此建立刀具磨損的分析方法與刀具磨損狀態(tài)實時預(yù)估模型,并結(jié)合工程采集

2、的掘進數(shù)據(jù),對上述模型適用性進行了比較和驗證。
　　本論文對常截面(CCS)盤形滾刀進行受力分析,通過力學(xué)分析和有限元數(shù)值模擬研究了刀具與巖體接觸曲面弧長上的載荷分布,提出了在接觸曲面弧長上分布載荷的近似拋物線分布模型,通過相關(guān)試驗研究結(jié)果和實際工程中的載荷數(shù)據(jù),驗證了這一載荷分布模型的有效性。通過分析掘進參數(shù)與刀具幾何構(gòu)形參數(shù)間的關(guān)聯(lián),建立了檢測刀具磨損的分析方法。在建立刀具載荷分布模型的基礎(chǔ)上,本論文進一步分析了硬巖TBM掘進

3、參數(shù)與巖體參數(shù)和刀具幾何構(gòu)形之間的相互關(guān)系。通過對比能的研究,結(jié)合上述研究結(jié)果,提出了預(yù)估刀具磨損的掘進比能公式,建立了預(yù)估刀具磨損量的能量方法。并通過土耳其 Kozyatagi-Kadikoy(Ko-Ka)地鐵隧道和秦嶺隧道對這一方法的有效性進行了驗證。
　　本論文從裝備能耗及其變化信息分析出發(fā),進一步研究了TBM掘進過程中摩擦功對扭矩功和推力功的影響,討論了扭矩功與推力功之間存在相互關(guān)系,從能耗信息的響應(yīng)變化中對刀具磨損狀態(tài)進