硬岩掘进滚刀破岩力动态仿真与热分析

发布时间：2020-06-16 01:06

【摘要】：进入新世纪以来,我国发展势头良好,地下空间成为各行各业开发的主战场之一,也是城市化建设,以及多项国家重大民生工程中必不可少的一环。因此,硬岩掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)作为隧道施工的大型专用装备,也被日益重视和发展起来。盘形滚刀是TBM装备中直接与岩石接触的部分,是TBM必不可少的关键部件之一,它的性能和使用寿命直接影响着工程的质量、进度和成本。本文通过实地考察盘形滚刀的工作现场,分析国内外相关领域的研究文献,从盘形滚刀破岩过程中的受力情况出发,探讨影响盘形滚刀使用寿命和施工效率的因素,揭示盘形滚刀破岩过程中的受力规律,有助于提升破岩效率,延长滚刀使用寿命。本文的主要研究工作内容总结如下:(1)概述了对盘形滚刀破岩理论和受力情况进行研究的背景及意义,总结了TBM的发展历程,同时阐述了盘形滚刀的研究现状,其中包括盘形滚刀受力情况的研究、仿真研究、磨损研究等热点领域。(2)分析了岩石和工程岩体的性质,研究了岩石的破碎机理。分析了盘形滚刀的结构、组成及分类,研究了盘形滚刀破岩过程中的应力分布情况和破岩机理。(3)基于盘形滚刀破岩过程中的受力情况,深入研究了现有盘形滚刀力学模型,分析了现有模型的优势和不足,最后通过力学预测模型定量分析了滚刀工作中的重要破岩参数(切削速度、贯入度、刀间距)对破岩力的影响,并选择了一种模型作为验证滚刀破岩力仿真结果的依据。(4)借助CATIA、ABAQUS等软件建立了盘形滚刀服役工况下破岩的有限元分析模型,进行了滚刀破岩力仿真研究,获取了破岩力仿真曲线和数据,得出滚刀破岩力的变化情况,得出了给定参数下的破岩力数值变化范围以及滚刀破岩参数对破岩力的影响大小顺序。(5)通过ABAQUS软件对盘形滚刀破岩过程中刀圈内部的温度和热应力进行了分析,获得了滚刀内部的温度和应力分布规律,得出刀体不合理结构区域,进一步揭示了盘形滚刀损坏的原因,给出了滚刀结构优化的方向。通过本文的研究,得出了盘形滚刀破岩过程中破岩力的变化规律,并确定了关键破岩参数对滚刀破岩力的影响大小顺序,同时获取了滚刀破岩过程中的内部温度及应力变化及分布规律,为优化盘形滚刀的结构、降低滚刀非正常破损概率及延长滚刀的使用寿命提供了一定的基础和依据。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U455.3
【图文】：

课题研究,背景,现代化城市,绪论

第 1 章绪论1 课题研究背景、意义及来源1.1 课题研究背景近年来在国家、政府政策的大力支持下，我国经济、文化持续健康发展，城化建设正在如火如荼地开展，城市轨道交通、铁路、公路、水利、市政工程等设事业高速发展，如图 1.1(a)、(b)所示。随着人民生活水平的不断提高，观念发生了很大的转变，大量人口开始向现代化城市聚集，城市规模不断扩大[1]。快速发展也给我国的大多数城市造成了不同程度的用地紧张，也给交通带来了大的负担，为了解决生存空间被严重压缩的问题，地下空间的开发和利用成为现可持续发展的必由之路。

掘进机,硬岩,实物

吉林大学硕士学位论文掘进机）两类，其中，硬岩掘进机就是常说的 ,因其对设备的可靠性和寿命要求极高，被称为工所研究的盘形滚刀是掘进机的主要破岩工具（如液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工道的特点，从开挖、推进、撑开全由其自主完成等施工工序并行连续作业，可实现传统钻爆法难洞的施工，且开挖速度是传统钻爆法的 4-10 倍。外大型隧道的施工中，且优越性显著，它也将是的主要装备。目前掘进机械已经成为我国高端装持发展的产业，因而为进一步提升 TBM 的性能破岩刀具盘形滚刀进行系统分析和研究。

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