本文關(guān)鍵詞：XTR260懸臂式硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)截割頭特性分析與設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快,國(guó)內(nèi)水利、交通、資源開(kāi)發(fā)等重大項(xiàng)目日益增多,其中隧道工程量巨大,隧道掘進(jìn)設(shè)備需求量劇增。作為掘進(jìn)巖巷的主力軍,懸臂式掘進(jìn)機(jī)通用性強(qiáng),作業(yè)范圍廣,在降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高效率,縮短工程周期等方面效果顯著,已廣泛用于礦山采掘、水利建設(shè)、隧道交通、城市地鐵等重大工程建設(shè)。目前,國(guó)內(nèi)懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要用于煤礦井下巷道施工,隧道專用的懸臂式硬巖掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品種類較少,而現(xiàn)有礦用掘進(jìn)機(jī)無(wú)法直接用于隧道施工,難以滿足國(guó)內(nèi)隧道施工需求。為了適應(yīng)日益增長(zhǎng)的隧道施工需求,突破國(guó)外懸臂式硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)市場(chǎng)及技術(shù)壟斷,懸臂式硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)的研發(fā)迫在眉睫。截割頭是掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)巖巷的核心部件,它對(duì)整機(jī)工作的可靠性、效率、經(jīng)濟(jì)性等都有重要影響,其性能好壞是評(píng)價(jià)掘進(jìn)機(jī)性能的重要依據(jù)。所以,截割頭的設(shè)計(jì)與研究是在掘進(jìn)機(jī)研發(fā)中的重中之重,而在這方面,國(guó)內(nèi)尚缺乏科學(xué)、系統(tǒng)的截割頭設(shè)計(jì)方法及路線,造成截齒載荷、截齒載荷差異及載荷波動(dòng)較大,截齒壽命低且不一,能耗高,效率低下等不利的結(jié)果。隧道專用的硬巖掘進(jìn)機(jī)截割頭的設(shè)計(jì)與研究不足,缺乏足夠的理論依據(jù)和試驗(yàn)指導(dǎo),在硬巖掘進(jìn)機(jī)截割頭的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、單截齒截割參數(shù)、截齒布置及關(guān)鍵參數(shù)的研究方面存在不少待解決的問(wèn)題。為了降低截齒損耗及能耗、提高截割效率,本文以XTR260懸臂式硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)截割頭為研究對(duì)象,以堅(jiān)固系數(shù)f=12、裂隙不發(fā)育的巖石為截割對(duì)象,采取Pro/E-Ansys-LS_Dyna3D聯(lián)合建模求解的技術(shù)手段,針對(duì)上述問(wèn)題展開(kāi)了相關(guān)研究工作,主要包括以下內(nèi)容:(1)研究了截割頭的結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)截割性能的影響,對(duì)截割頭的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),并分析了截割頭的運(yùn)動(dòng)特性;研究了巖石的力學(xué)特性及巖石截割的機(jī)理,建立了鎬形截齒截割巖石的數(shù)學(xué)模型。(2)研究了模擬截割巖石的基本理論,介紹了Pro/E-Ansys-LS_Dyna3D聯(lián)合建模求解技術(shù)的流程,深入研究了求解技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題,確保巖石截割數(shù)值模擬的可靠進(jìn)行及結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確。(3)對(duì)截齒截割參數(shù)及其對(duì)截割性能的影響進(jìn)行了研究,明確了截割性能的評(píng)價(jià)指標(biāo):截割阻力及其波動(dòng)系數(shù)、截割比能耗,確定了單截齒截割性能的主要影響因子;設(shè)計(jì)了單截齒截割巖石的正交試驗(yàn),分析了各因子對(duì)截割性能的影響,確定了單截齒截割參數(shù)的最佳值;從時(shí)域、頻域及相關(guān)性的角度,對(duì)最佳截割參數(shù)下截齒所受的載荷進(jìn)行了分析,探知了單截齒截割巖石的載荷特性。(4)在明確截齒布置原則的基礎(chǔ)上,對(duì)截齒的排列方式進(jìn)行了詳細(xì)探討,分析了不同截齒排列方式的特點(diǎn),明確了每線齒數(shù)和截齒間的相對(duì)位置;分析了螺旋線相關(guān)參數(shù)對(duì)截割性能的影響,確定了螺旋升角的取值;研究了影響截齒布置及整體截割性能的重要參數(shù)──截線距,從理論上分析了截線距的取值;建立了不同截齒排列方式的多截齒截割數(shù)值模擬模型,對(duì)多截齒截割性能進(jìn)行了研究,確定了兩種排列方式下截線距的最佳值;從而確定了截齒的布置方案。根據(jù)以上研究結(jié)果,設(shè)計(jì)出了適用于硬巖隧道掘進(jìn)的XTR260掘進(jìn)機(jī)截割頭。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD421.5

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