某型TBM刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計及有限元分析.pdf

1、隧道掘進機簡稱TBM，它是一種融合了機械、電氣、液壓、電控、光學(xué)等高新技術(shù)的大型綜合性隧道施工作業(yè)設(shè)備，在現(xiàn)代的隧道施工工程中占有不可替代的的位置，TBM具備以下優(yōu)勢:挖掘施工速度快、效率高，地質(zhì)環(huán)保，工程總體效益好，應(yīng)用在長大型隧道的施工開挖過程非常恰當。其主要核心部件為刀盤。刀盤的合理設(shè)計能夠有效地提高作業(yè)效率并且能夠增加機器的使用壽命。目前，國內(nèi)的TBM正屬于發(fā)展階段，刀盤設(shè)計的可用資料也屈指可數(shù)，因此對刀盤的研究已經(jīng)成為中國向“

2、制造強國”發(fā)展的需要。
　　針對項目的工程地質(zhì)情況設(shè)計TBM刀盤結(jié)構(gòu)，并建立刀盤的實體模型，研究刀具布置問題。本次設(shè)計采用面板式分塊結(jié)構(gòu)，將刀盤分為5部分。由高強度螺栓連接然后再進行焊接完成裝配，從而降低加工及運輸?shù)碾y度。刀盤包括前面板、后面板兩個部分。刀盤中心連接有溜渣板，刀盤的后面板和法蘭之間通過螺栓緊固連接。刀盤采用Q345加工制造;機加工時，刀座與刀盤一起加工而成，從而減少了刀座因焊接而產(chǎn)生的熱變形。刀盤上還設(shè)置有耐磨板、

3、噴水孔、人孔以及超前探測儀等裝置。本文中通過CAD軟件對TBM刀盤的布局構(gòu)造進行描述繪圖，經(jīng)過Solidworks對刀盤建立簡化版的模型;之后分析和計算刀盤上所安裝的盤形滾刀的受力大小與方向，推導(dǎo)出了整個刀盤主體結(jié)構(gòu)的受力情況。在前面設(shè)計建立的TBM刀盤模型基礎(chǔ)上，通過ANSYS與SolidWorks之間的關(guān)聯(lián)導(dǎo)入建立其有限元模型。為了了解TBM刀盤的結(jié)構(gòu)在實際工作時結(jié)構(gòu)的可靠性，基于刀盤的工作特點，采用ANSYS軟件進行有限元分析，對

4、合理簡化后的刀盤模型進行靜力分析;同時，利用靜力分析結(jié)果對刀盤結(jié)構(gòu)做出了適當?shù)恼{(diào)整。模態(tài)分析在前一種分析后進行，目的是得到TBM刀盤的振型和頻率，判斷其失穩(wěn)方式和發(fā)生共振的可能性。最后，為了進一步模擬刀盤的真實工作狀態(tài)，檢驗其可靠性，將改進后的刀盤進行了熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，以找到最佳的工作環(huán)境。并按照分析得到的結(jié)果做結(jié)構(gòu)優(yōu)化，反過來對刀盤結(jié)構(gòu)進行進一步的改進。
　　本次分析與研究的結(jié)果可望能引起相關(guān)TBM研究人員的注意，所提出的結(jié)構(gòu)