全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)刀具磨損研究及刀具布局優(yōu)化.pdf

1、隨著我國大規(guī)模基礎(chǔ)項(xiàng)目的實(shí)施,在鐵路、公路、水利、水電、市政等建設(shè)中需要開挖大量長距離隧道,全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM)以其掘進(jìn)速度快、自動化程度高、作業(yè)環(huán)境好、綜合效益高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。TBM刀盤上的刀具是執(zhí)行開挖掘進(jìn)的核心部件,刀具的磨損和失效將直接影響TBM的掘進(jìn)效率,刀具嚴(yán)重磨損后如果不能及時更換,將使毗鄰的刀具由于超負(fù)荷工作而加劇磨損,也可能使刀盤由于偏載嚴(yán)重斷裂或減少大軸承的壽命。作為刀具載體的刀盤,一方面向刀具傳遞破

2、巖所需的力,同時刀具在刀盤上的優(yōu)化布局對提高掘進(jìn)效率也具有重要意義。本文在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上,針對刀具的磨損預(yù)測和刀盤刀具的布局問題,進(jìn)行了以下幾個方面的研究工作:
　　(1)分析了TBM滾刀的類型及其失效形式,重點(diǎn)研究刀具的磨損失效。根據(jù)滾刀旋轉(zhuǎn)破巖時與巖石的相互作用的工作原理和滾刀的磨損機(jī)理,歸納了影響滾刀磨損的四個主要因素,即刀具的幾何形狀、刀具材料工藝、TBM掘進(jìn)參數(shù)和巖石的耐磨性。在分析現(xiàn)有滾刀磨損預(yù)測方法的基礎(chǔ)上,提出

3、了基于滾刀破巖摩擦功的磨損預(yù)測模型,結(jié)合秦嶺隧道施工實(shí)例論證了該模型的可行性。
　　(2)研究了ABAQUS的分析過程和顯式動力學(xué)基本理論,以TBM上廣泛應(yīng)用的17英寸常截面(CCS)盤形滾刀為研究對象,對硬質(zhì)花崗巖應(yīng)用Drucker-Prager本構(gòu)模型和基于拉伸特性的斷裂損傷準(zhǔn)則,建立了雙滾刀順次回轉(zhuǎn)破巖的三維數(shù)值仿真模型,研究了刀間距和貫入度對破巖力和比能的影響。
　　(3)分析了刀盤設(shè)計需要考慮的因素、刀盤刀具布局和