盾构机中心刀座的裂纹萌生寿命预测

发布时间：2025-02-09 13:27

　　 盾构机施工过程中刀盘受到交变载荷作用导致中心刀座疲劳损伤,严重情况下损伤扩展会引起刀盘断裂,极易导致安全事故。为了精确科学地解决重载状态下中心刀座疲劳损伤寿命预测的问题,在分析滚刀破岩机理的基础上,基于中心刀座有限元模型,对刀座满载工况进行静力学分析并结合Q345材料疲劳特性S-N曲线和疲劳损伤累积准则,建立了中心刀座疲劳寿命(裂纹萌生寿命)预测模型;根据掘进参数,计算中心刀座疲劳寿命掘进里程,实现了中心刀座疲劳裂纹萌生的寿命预测。结果表明:中心刀座的损伤位置主要出现在其两侧焊缝处及中心刀座与刀轴的接触面处,预测的损伤位置与施工统计结果一致;以最大损伤位置计算的中心刀座疲劳寿命掘进里程为13.51 km。相关分析结果为中心刀座设计、施工检测等提供了科学依据。

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【部分图文】：

图1 某型号盾构机刀盘及中心刀座结构示意图

在盾构机施工过程中,刀盘在向前推进的同时做旋转运动,这样安装在刀盘上的滚刀既随着刀盘的旋转进行公转,同时在刀圈和岩石摩擦力的作用下进行自转,通过滚刀刀圈和岩石的滚压进行破岩。在盘形滚刀破岩过程中滚刀刀圈不仅会受到掌子面所带来的垂向力,同时在旋转破岩过程中还要受到掌子面岩石的切向力....

图2 盘形滚刀结构组成

图1某型号盾构机刀盘及中心刀座结构示意图盘形滚刀及中心刀座结构如图3所示。图3a所示为中心刀座结构。图3a中的刀座1采用前置式装刀设计,由刀盘前面装入盘形滚刀,刀轴3与C型块2直接接触,C型块通过M20螺栓8与刀座连接为整体;刀轴右侧通过上楔块4和下楔块6之间的M24螺栓7进行....

图3 盘形滚刀及中心刀座结构

盘形滚刀及中心刀座结构如图3所示。图3a所示为中心刀座结构。图3a中的刀座1采用前置式装刀设计,由刀盘前面装入盘形滚刀,刀轴3与C型块2直接接触,C型块通过M20螺栓8与刀座连接为整体;刀轴右侧通过上楔块4和下楔块6之间的M24螺栓7进行压紧,从而固定刀轴、刀座及滚刀的装配位置。....

图4 中心刀座结构三维模型

首先建立中心刀座结构三维模型,如图4所示。将模型导入ANSYS软件中,进行静力学分析。图4的模型中,略去盘形滚刀与刀轴(见图4a);在刀座和前面板固定连接的位置添加焊缝[18](见图4b)。刀座材料采用Q345,Q345材料参数如表1所示。表1Q345材料参数弹性模量E/MP....

本文编号：4032302