盘形滚刀刀圈磨损的建模方法与寿命预测

发布时间：2023-04-05 18:36

　　随着经济的增长和城市化水平的不断提高,我国隧道工程发展迅速。刀具作为盾构机在隧道掘进施工中的关键工具,其费用是施工成本中的重要组成部分。深入研究刀具磨损机理,对于降低刀具消耗量,控制施工成本具有重要意义。不同的施工方法和地质环境都会引起刀具磨损量的变化。本文结合陕西某硬岩隧道工程,对滚刀刀圈磨损机理进行分析,并建立刀圈磨损模型,通过优化结构参数和施工参数减少刀具磨损,预测盘形滚刀寿命。在对破岩弧长和CSM模型破岩力分析的基础上,对破岩机理和主要磨损机理进行分析,建立了刀圈磨损模型;采用优化算法对不同磨损机理的占比系数进行优化,通过离散化拟合修正滚刀体积磨损量。修正后的磨损计算量相较于工程数据误差小于20%,表明该磨损模型具有较好的准确性,可用于刀圈体积磨损量的计算。通过有限元分析软件建立滚刀磨损仿真模型,计算盘形滚刀体积磨损量,对比不同贯入度和刀间距下刀圈的破岩力和磨损深度。结果表明:随着贯入度和刀间距的不断增大,相对应的作用力和磨损深度会不断增加。分析刀盘布置、施工参数与结构参数对刀具磨损的影响。通过计算不同刀盘分布的刀具磨损,显示刀具的安装半径是影响刀具磨损的重要因素,采用阿基米德...

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 盘形滚刀的破岩机理
        1.2.2 盘形滚刀磨损机理与分析方法
        1.2.3 影响磨损主要参数与优化
        1.2.4 刀具寿命预测
    1.3 本文的主要研究内容
2 刀圈磨损模型的建立
    2.1 磨损机理
        2.1.1 磨料磨损
        2.1.2 疲劳磨损
        2.1.3 粘着磨损
    2.2 破岩分析
        2.2.1 轨迹分析
        2.2.2 受力分析
        2.2.3 破岩机理
    2.3 滚刀单圈磨损计算模型
        2.3.1 滚刀正面单圈磨损量
        2.3.2 滚刀侧面单圈磨损量
    2.4 磨损量计算及优化占比系数
        2.4.1 同一工况下的刀圈磨损量计算
        2.4.2 不同工况下的刀圈磨损量计算
        2.4.3 基于PSO算法的系数优化
        2.4.4 结果对比分析
    2.5 本章小结
3 基于DEFORM的滚刀磨损模拟
    3.1 滚刀模型和岩石模型的建立
        3.1.1 滚刀模型的建立
        3.1.2 岩土模型的建立
        3.1.3 仿真条件设置
    3.2 单滚刀破岩过程模拟
        3.2.1 有限元模型建立
        3.2.2 岩石破碎分析
        3.2.3 滚刀磨损分析
    3.3 刀间距对滚刀破碎岩石的影响
        3.3.1 有限元模型建立
        3.3.2 岩石破碎分析
        3.3.3 磨损分析
    3.4 对比分析
        3.4.1 同一贯入度下单、双滚刀对比分析
        3.4.2 不同贯入度下各滚刀对比分析
    3.5 本章小结
4 刀具磨损的主要影响参数及优化
    4.1 刀盘参数优化
        4.1.1 不同刀盘分布的刀具磨损对比
        4.1.2 基于阿基米德螺旋线的刀盘优化
    4.2 施工参数与结构参数优化
        4.2.1 目标函数
        4.2.2 约束条件
        4.2.3 基于人工鱼群算法的优化模型
        4.2.4 优化模型的求解
    4.3 本章小结
5 滚刀寿命预测模型研究
    5.1 支持向量机非线性回归模型
    5.2 滚刀寿命预测模型
        5.2.1 核函数的选择
        5.2.2 参数分析
        5.2.3 模型评价指标
    5.3 预测分析
        5.3.1 基于布谷鸟搜索算法的支持向量机
        5.3.2 基于差分进化算法的支持向量机
        5.3.3 基于引力搜索算法的支持向量机
        5.3.4 对比分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录
攻读硕士期间论文发表



本文编号：3783919