全斷面巖石掘進機（TBM）是長距離隧道施工不可缺少的重要裝備,隨著我國基礎工程的建設投入加大,市場對其需求量巨大。刀盤是TBM的核心部件之一,刀盤上滾刀布置的優(yōu)劣直接影響工程的施工速度、掘進機壽命、破巖效率及刀盤的受力,刀盤受力不平衡易引起振動、加快刀具磨損。刀盤上滾刀布置設計的根本問題在于由工程地質(zhì)條件決定的刀具破巖特性,預測模型無法精準確定破巖力和破巖效率,缺乏相應巖石破碎數(shù)據(jù),導致設計難度加大。目前掘進機滾刀破巖特性用于刀盤滾刀布置設計的研究不夠、滾刀破巖實驗裝備的性能參數(shù)還無法滿足模擬刀盤各位置刀具破巖的調(diào)整范圍要求,也無法滿足掘進機刀盤的設計需求。對TBM滾刀破巖機理進行分析,研制相關實驗設備并進行滾壓實驗,可獲得滾刀破巖受力及特性的精確實驗數(shù)據(jù),對于解決工程上刀盤滾刀布置具有較大的理論和實際意義。因此,本文研究了雙滾刀協(xié)同破巖特性,開發(fā)了可實現(xiàn)滾刀雙向間距調(diào)整及模擬各位置滾刀的綜合實驗臺,進而對理論分析結果進行了驗證并獲得了相關實驗數(shù)據(jù),依據(jù)分析與實驗數(shù)據(jù)進行了滾刀布置設計,主要研究內(nèi)容如下:（1）基于巖石組成及微觀結構特點分析建立了滾刀破巖模型。在巖石組成及力學特性并分析... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：157 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１掘進機的組成??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｕｎｎｅｌ?ｂｏｒｉｎｇ?ｍａｃｈｉｎｅ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ??

?墦尾?管妗安裝Ｓ?管片存送Ｓ??圖１．１掘進機的組成??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｕｎｎｅｌ?ｂｏｒｉｎｇ?ｍａｃｈｉｎｅ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ??刀盤是刀具安裝的支撐件，由鋼板焊接而成。一般來說，ＴＢＭ刀盤直徑通常從幾??米到十幾米之間不等，結構尺寸非常大，是掘進機中幾何尺寸最大，單件重量最重的部??件。刀盤可分為平面、錐面、球面三類，球面刀盤可增加定向性和穩(wěn)定性，但對地質(zhì)不??良的情況不適合；平面刀盤可減少對巖石的擾動，適用于不太穩(wěn)定的地質(zhì)條件；錐面刀??盤介于球面與平面刀盤之間目前應用最廣泛的是平面刀盤。刀盤的主要結構如圖??１．２所示。刀盤的最大直徑一般比理論開挖直徑�。担埃恚碜笥�，這主要是由于刀盤的最??大直徑位于鏟斗唇口處，鏟斗唇口外緣距洞壁２５ｍｍ左右，利于巖碴清除。刀盤在掘進??機施工過程中主要受到推進液壓缸的推力，刀盤徑向力通常與推力不在一個數(shù)量級，對??刀盤影響不大。刀具在刀盤上的安裝有表面凸裝式與埋入式

明確哪個參數(shù)是滾刀垂直力和滾動力的最大影響因素；分析巖石節(jié)理的傾角、間距??對滾刀破巖力的影響規(guī)律，分析節(jié)理特性與破碎的適應性。作為理論分析結果，需要實??驗對仿真方法及結果的準確性進行驗證，并為下一步滾刀布置設計提供了理論參考依??據(jù)，為掘進施工提供參數(shù)選擇依據(jù)。??通過滾刀靜壓巖石實驗中破碎力的測定，確定實驗臺的設計參數(shù)，并開發(fā)雙滾刀間??距可調(diào)綜合實驗臺，通過對設計的實驗臺有限元及液壓分析，確定所研制的實驗臺是否??滿足強度及速度要求。利用設計的實驗臺進行五種工程常見巖石的破碎實驗，通過高速??攝像機完成對雙滾刀協(xié)同破巖過程及機理進行分析；通過改變參數(shù)（貫入度、滾刀速度??和刀間距），確定滾刀受力和巖石破碎的影響變化規(guī)律，為刀盤上滾刀布置提供實驗測??試手段與數(shù)據(jù)，并完成實驗數(shù)據(jù)與仿真結果的對比分析。??以引洮工程中的ＴＢＭ刀盤為例，基于破巖仿真分析與實驗結果，利用粒子群算法??進行滾刀布置設計。對刀盤的推力和扭矩進行計算，通過有限元方法對設計的刀盤進行??受力和振動分析，確定極限加載條件下的應力、應變和振幅，并對滾刀布置的合理性進??行分析驗證。??（２）論文總體結構??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]TBM滾刀布置方案對比分析與評價[J]. 崔胤,賀飛,齊志沖,賀開偉.  隧道建設(中英文). 2018(03)
[2]基于破巖比能的刀盤滾刀優(yōu)化布置設計[J]. 郭偉,劉小慶,劉建琴,孫紅艷.  東北大學學報(自然科學版). 2018(02)
[3]復雜工況下TBM刀盤結構性能評價與分析[J]. 朱曄,孫偉,霍軍周,鮑有能.  哈爾濱工程大學學報. 2018(01)
[4]基于均衡破巖量的TBM正滾刀多目標優(yōu)化布局[J]. 朱殿華,孫斌.  機械設計. 2017(11)
[5]基于ABAQUS的滾刀破巖參數(shù)對滾動力及比能的影響[J]. 張珂,李亮,王賀,孫健,高惠鳳,趙凱軍.  沈陽建筑大學學報(自然科學版). 2017(05)
[6]TBM刀盤地質(zhì)適應性設計方法及其應用[J]. 程永亮,鐘掘,暨智勇,梅勇兵.  機械工程學報. 2018(01)
[7]基于多目標遺傳算法的復合式盾構刀盤刀具布置優(yōu)化[J]. 郭京波,王旭東,鄭麗堃,李杰.  隧道建設. 2017(04)
[8]全斷面掘進機刀具布置方式研究[J]. 鄭麗堃,劉進志.  石家莊鐵道大學學報(自然科學版). 2016(03)
[9]基于多目標粒子群算法的翼剖面優(yōu)化設計[J]. 黃斌,熊鷹.  船舶工程. 2016(07)
[10]基于遺傳算法的盾構刀盤滾刀優(yōu)化布置研究[J]. 李杰,徐虎城,張增強,郭京波,徐明新.  煤礦機械. 2016(07)

博士論文
[1]雙護盾TBM開挖深埋隧洞圍巖穩(wěn)定性研究[D]. 蘇華友.西南交通大學 2009
[2]巖石隧道掘進機刀盤設計方法研究[D]. 劉志杰.大連理工大學 2009

碩士論文
[1]盾構機盤形滾刀垂直力和側向力預測模型研究[D]. 屠昌鋒.中南大學 2009



本文編號：3137014