TBM滚刀回转破岩性能数值分析

发布时间：2018-03-25 08:13

  本文选题：隧道掘进机　切入点：盘形滚刀　出处：《沈阳工业大学学报》2014年01期

【摘要】：针对隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)刀盘设计过程中盘形滚刀布局的刀间距和贯入度问题,综合岩石力学、弹塑性力学和断裂力学,并运用有限元方法建立了TBM刀盘滚刀的动态破岩三维模型.通过与线切割实验对比验证了模型的正确性和有效性,并在此基础上分析了滚刀的回转破岩,得到刀间距和贯入度对滚刀切削力及比能的影响规律.结果表明:随着刀间距的增加,滚刀所受法向力将会逐渐增大,而其切向力基本保持不变,比能增加先减小后变大,在刀间距为60 mm附近取得最小值;法向力和切向力随着贯入度的增加而增大,比能随着贯入度增加而减小.
[Abstract]:Aiming at the problems of tool spacing and penetration of the layout of disc hob in the design process of tunnel tunnel boring machine tool head, this paper combines rock mechanics, elastoplastic mechanics and fracture mechanics. The dynamic rock breaking 3D model of TBM cutter hob is established by using finite element method. The correctness and validity of the model are verified by comparison with wire cutting experiment. On this basis, the rotary rock breaking of hob is analyzed. The influence of cutter spacing and penetration on the cutting force and specific energy of hob is obtained. The results show that the normal force of hob increases gradually with the increase of tool spacing, but the tangential force remains basically unchanged, and the specific energy decreases first and then becomes larger. The minimum value is obtained when the tool spacing is about 60 mm, the normal force and tangential force increase with the increase of penetration, and the specific energy decreases with the increase of penetration.
【作者单位】： 天津大学机械工程学院;天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51275339)
【分类号】：U455.3

【参考文献】

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3 苏利军;孙金山;卢文波;;基于颗粒流模型的TBM滚刀破岩过程数值模拟研究[J];岩土力学;2009年09期

4 莫振泽;李海波;周青春;何恩光;邹飞;朱小明;赵羽;;基于UDEC的隧道掘进机滚刀破岩数值模拟研究[J];岩土力学;2012年04期

【共引文献】

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6 孙红;周鹏;孙健;王子男;;岩石隧道掘进机滚刀受力及磨损[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2013年09期

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2 苏召斌;基于断裂力学的盘形滚刀破岩载荷数值模拟[D];天津大学;2012年

3 屠昌锋;盾构机盘形滚刀垂直力和侧向力预测模型研究[D];中南大学;2009年

4 裴瑞英;盾构机刀具磨损与布局问题分析研究[D];天津大学;2009年

5 满林涛;盘形滚刀破岩过程有限元数值模拟[D];大连理工大学;2012年

6 徐孜军;盾构刀具破岩特性的数值模拟及实验研究[D];中南大学;2012年

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4 金国栋,金明法;掘进机盘形窄刃滚刀[J];工程机械;1986年03期

5 张照煌,叶定海,赵庆玉;岩石掘进机刀具间距的确定及分析[J];工程机械;2002年11期

6 杨圣奇,苏承东,明平美,王光勇;岩石强度尺寸效应的研究方法和机理的研究[J];焦作工学院学报(自然科学版);2002年05期

7 张照煌,叶定海,茅承觉;全断面岩石掘进机刀具及受力分析——全断面岩石掘进机技术讲座之二[J];建筑机械;1998年10期

8 金国栋;黄士芳;虞和霁;程凯;陈玉田;史维祥;;全断面岩石隧道掘进机盘刀破岩机理分析(上)[J];电站施工机械;1981年03期

9 金国栋;;全断面岩石隧道掘进机盘刀破岩机理分析(下)[J];电站施工机械;1981年04期

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