TBM刀盘裂纹萌生寿命及再制造性评价研究

发布时间：2020-10-23 14:12

　　 随着环境、资源问题的日益突出,废旧产品的再制造逐步受到国家、社会的高度重视。对于机电产品,尤其是硬岩掘进机(TBM)这种国之重器,再制造不仅可以节约资源,减少对环境的破坏,同时也具有巨大的经济效益,符合国家所倡导的绿色发展模式。因此,开展再制造研究已经显得非常重要。刀盘是掘进机的重要组成部分,再制造的价值更为显著。由于刀盘系统位于TBM的最前端,直接与岩土相互作用,因此刀盘的设计制造与地质条件息息相关。本论文在分析国内外学者相关研究的基础上,建立了刀盘滚刀孔区域危险点裂纹萌生寿命的计算模型,基于此模型,提出了评价TBM刀盘再制造性的地质软硬性指标模型和失效区域性指标模型;开展了单一地质和复合地质条件下刀盘剩余寿命研究;研究了滚刀损坏与刀盘裂纹萌生寿命的耦合关系;建立了刀盘再制造性评估模型。本论文研究的主要内容如下:(1)针对缺少TBM刀盘再制造性评估模型这一问题,综合运用统计学、动力学和有限元的方法,建立了刀盘滚刀孔区域危险点裂纹萌生寿命的计算模型。基于此模型,研究了地质软硬性因素对危险点裂纹萌生寿命的影响和失效区域性因素对危险点剩余裂纹萌生寿命的影响。建立了评价TBM刀盘再制造性的地质软硬性指标模型和失效区域性指标模型。(2)研究了TBM刀盘滚刀的损坏对刀盘危险点裂纹萌生寿命的影响。研究发现,滚刀的损坏对其周边其它滚刀孔区域危险点的裂纹萌生寿命的影响较大,其裂纹萌生寿命可缩短原寿命的21.1%。(3)针对TBM刀盘掘进时处于复合地质条件下的情况,建立了掘进方向上地质分层模型,并对掘进截面上的截面圆分层模型进行了分析。研究了TBM掘进方向上地质复合以及掘进截面上地质复合两种情况下,复合地质对滚刀孔区域危险点裂纹萌生寿命的影响。研究发现:在石灰岩地质向花岗岩地质转变的过程中,危险点应力的增加是裂纹萌生寿命降低的主要原因,同时危险点的裂纹萌生寿命受到刀盘掘进截面地质组合情况的影响较大。(4)建立了刀盘再制造性评价模型,模型涵盖刀盘再制造的通用性评价和特殊性评价两个方面。两个方面包括的再制造性评价指标由技术、经济、环境、失效区域和地质匹配五种因素构成。基于层次分析法建立了含有地质软硬性指数、岩石耐磨性指数、结构面与隧道轴线的夹角和岩体渗水量四种因素的地质匹配性评价模型。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH136
【部分图文】：

、环保、可持续的使用资源是社会发展过程中必须要解决的问围绕再制造的产业的崛起，使再制造行业得到了迅速的发展。车等机械制造行业上，有效的缓解了社会发展道路上一直被资与此同时，我们也不得不承认现今在我国实施再制造的行业还还不够等事实。隧道掘进机作为国之重器，涉及了液压、电、等多种学科，具有切削岩体、输送岩渣、支护等多种特殊功能高、复杂、大型的综合隧道施工设备，如图 1-1 所示。但是，造，消耗资源重大亦是其显著的特点。目前在建的隧道工程中，全部为新设备，隧道工程建设完成后，掘进消耗的寿命与其设0%。鉴于掘进机的结构、配置、功能、尺寸都和特定的工程有后，如果没有后续适用的工程，与之相关的隧道掘进机就会闲明：2 台闲置 5 年的硬岩掘进机需花费 8000 多万用作修复，势必会造成极大地损失。而通过再制造技术可以拓宽这些设备再度进行服役[1]。

图 1-2 掘进机刀盘Figure 1-2 Cutter-head of Tunnel Boring Machine(a) 刀盘上的裂纹 (b) 刀盘面板严重磨(c) 主轴承损坏

3(c) 主轴承损坏图 1-3 刀盘损坏形式d (b) Serious wear on the cutter-head (c) TFigure 1-3 Cutter damage form实施再制造困难重重，但是总体上的。开展掘进机刀盘再制造理论及用率及降低施工成本的重要途径，术的发展，新设计出的掘进机刀盘些比较苛刻的地质条件要求新制的
【参考文献】

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本文编号：2853141