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Research on the design method for uniform wear of shield cutters in sand-pebble strata
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作者 Jinxun Zhang Bo Li +4 位作者 Guihe Wang Yusheng Jiang Hua Jiang Minglun Yin Zhengyang Sun 《Deep Underground Science and Engineering》 2024年第2期216-230,共15页
During shield tunneling in highly abrasive formations such as sand–pebble strata,nonuniform wear of shield cutters is inevitable due to the different cutting distances.Frequent downtimes and cutter replacements have ... During shield tunneling in highly abrasive formations such as sand–pebble strata,nonuniform wear of shield cutters is inevitable due to the different cutting distances.Frequent downtimes and cutter replacements have become major obstacles to long-distance shield driving in sand–pebble strata.Based on the cutter wear characteristics in sand–pebble strata in Beijing,a design methodology for the cutterhead and cutters was established in this study to achieve uniform wear of all cutters by the principle of frictional wear.The applicability of the design method was verified through three-dimensional simulations using the engineering discrete element method.The results show that uniform wear of all cutters on the cutterhead could be achieved by installing different numbers of cutters on each trajectory radius and designing a curved spoke with a certain arch height according to the shield diameter.Under the uniform wear scheme,the cutter wear coefficient is greatly reduced,and the largest shield driving distance is increased by approximately 47%over the engineering scheme.The research results indicate that the problem of nonuniform cutter wear in shield excavation could be overcome,thereby providing guiding significance for theoretical innovation and construction of long-distance shield excavation in highly abrasive strata. 展开更多
关键词 cutter wear EDEM model long-distance shield driving sand-pebble stratum shield tunnel uniform wear design method
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Theoretical prediction of wear of disc cutters in tunnel boring machine and its application 被引量:8
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作者 Zhaohuang Zhang Muhammad Aqeel +1 位作者 Cong Li Fei Sun 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2019年第1期111-120,共10页
Predicting the cutter consumption and the exact time to replace the worn-out cutters in tunneling projects constructed with tunnel boring machine(TBM) is always a challenging issue. In this paper, we focus on the anal... Predicting the cutter consumption and the exact time to replace the worn-out cutters in tunneling projects constructed with tunnel boring machine(TBM) is always a challenging issue. In this paper, we focus on the analyses of cutter motion in the rock breaking process and trajectory of rock breaking point on the cutter edge in rocks. The analytical expressions of the length of face along which the breaking point moves and the length of spiral trajectory of the maximum penetration point are derived. Through observation of rock breaking process of disc cutters as well as analysis of disc rock interaction, the following concepts are proposed: the arc length theory of predicting wear extent of inner and center cutters, and the spiral theory of predicting wear extent of gage and transition cutters. Data obtained from5621 m-long Qinling tunnel reveal that among 39 disc cutters, the relative errors between cumulatively predicted and measured wear values for nine cutters are larger than 20%, while approximately 76.9% of total cutters have the relative errors less than 20%. The proposed method could offer a new attempt to predict the disc cutter's wear extent and changing time. 展开更多
关键词 Full-face rock TUNNEL BORING machine(TBM) DISC cutter wear prediction
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Wear Analysis of Disc Cutters of Full Face Rock Tunnel Boring Machine 被引量:19
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作者 ZHANG Zhaohuang MENG Liang SUN Fei 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第6期1294-1300,共7页
Wear is a major factor of disc cutters’ failure. No current theory offers a standard for the prediction of disc cutter wear yet. In the field the wear prediction method commonly used is based on the excavation length... Wear is a major factor of disc cutters’ failure. No current theory offers a standard for the prediction of disc cutter wear yet. In the field the wear prediction method commonly used is based on the excavation length of tunnel boring machine(TBM) to predict the disc cutter wear and its wear law, considering the location number of each disc cutter on the cutterhead(radius for installation); in theory, there is a prediction method of using arc wear coefficient. However, the preceding two methods have their own errors, with their accuracy being 40% or so and largely relying on the technicians’ experience. Therefore, radial wear coefficient, axial wear coefficient and trajectory wear coefficient are defined on the basis of the operating characteristics of TBM. With reference to the installation and characteristics of disc cutters, those coefficients are modified according to penetration, which gives rise to the presentation of comprehensive axial wear coefficient, comprehensive radial wear coefficient and comprehensive trajectory wear coefficient. Calculation and determination of wear coefficients are made with consideration of data from a segment of TBM project(excavation length 173 m). The resulting wear coefficient values, after modification, are adopted to predict the disc cutter wear in the follow-up segment of the TBM project(excavation length of 5621 m). The prediction results show that the disc cutter wear predicted with comprehensive radial wear coefficient and comprehensive trajectory wear coefficient are not only accurate(accuracy 16.12%) but also highly congruous, whereas there is a larger deviation in the prediction with comprehensive axial wear coefficient(accuracy 41%, which is in agreement with the prediction of disc cutters’ life in the field). This paper puts forth a new method concerning prediction of life span and wear of TBM disc cutters as well as timing for replacing disc cutters. 展开更多
关键词 full face rock tunnel boring machine disc cutter radial wear coefficient axial wear coefficient trajectory wear coefficient
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基于EDEM的砂卵石地层盾构刀具磨损特征研究
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作者 张晋勋 李博 +3 位作者 江玉生 江华 殷明伦 孙正阳 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2212-2220,共9页
为揭示砂卵石地层土压平衡盾构典型刀具的磨损特征,指导该地层中盾构刀具的设计、布置等关键问题。采用室内三轴试验及数值离散元软件(EDEM)仿真分析,标定了颗粒-刀具磨损接触参数。依托北京新机场“磁各庄-1号风井”砂卵石盾构工程,构... 为揭示砂卵石地层土压平衡盾构典型刀具的磨损特征,指导该地层中盾构刀具的设计、布置等关键问题。采用室内三轴试验及数值离散元软件(EDEM)仿真分析,标定了颗粒-刀具磨损接触参数。依托北京新机场“磁各庄-1号风井”砂卵石盾构工程,构建了砂卵石地层EDEM数值盾构模型,可视化了砂卵石地层土压平衡盾构中典型刀具(楔犁刀、刮刀)的磨损特征,通过实际工程对模型进行了验证。研究表明:(1)以犁松原状砂卵石土为目的的楔犁刀具是掘进主切削刀具,表现为刀头合金表面以及刃角处连续的摩擦磨损形式,磨损量较大;(2)以剥落输排为目的刮刀主要表现为刀身迎土面以及刀头合金表面随机的点蚀磨损,磨损量较小;(3)刀盘径向刀具的磨损量随轨迹半径及刀体高度的增加而增大,同轨迹上高刀的磨损系数高于低刀,高刀对低刀的磨损有保护作用;刀盘径向刀具和环向刀具的“梯次化”布置可延长盾构单次连续掘进距离。 展开更多
关键词 砂卵石地层 盾构刀具 磨损特征 EDEM数值仿真 设计与布置
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铣削高温合金GH3039刀具寿命预测及磨损机理 被引量:1
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作者 于凤云 王菁 +1 位作者 熊涛 杨伟 《黑龙江科技大学学报》 CAS 2024年第1期53-60,共8页
为揭示高温合金GH3039铣削参数对刀具寿命的影响规律,采用正交试验法对其进行铣削试验,运用多元回归法建立刀具寿命预测模型,分析铣削参数对刀具寿命的影响规律,通过观测铣刀后刀面的磨损情况,探究不同主轴转速下铣刀的磨损机理。结果表... 为揭示高温合金GH3039铣削参数对刀具寿命的影响规律,采用正交试验法对其进行铣削试验,运用多元回归法建立刀具寿命预测模型,分析铣削参数对刀具寿命的影响规律,通过观测铣刀后刀面的磨损情况,探究不同主轴转速下铣刀的磨损机理。结果表明:主轴转速对刀具寿命的影响程度最大,最小为轴向切深;当主轴转速为750 r/min时,铣刀磨损区域主要以黏结磨损和磨粒磨损为主;当铣削速度为950 r/min时,氧化磨损与扩散磨损开始增强;当铣削速度为1 180 r/min时,磨粒磨损与黏结磨损开始减弱甚至消失,氧化磨损与扩散磨损占据主导地位。 展开更多
关键词 高温合金GH3039 铣刀 刀具寿命 刀具磨损 磨损机理
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砂卵石地层盾构刀具磨损预测模型及刀具参数敏感性分析
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作者 李雪 龚子邦 +2 位作者 黄琦 陈霖 吴九七 《城市轨道交通研究》 北大核心 2024年第2期63-68,共6页
[目的]砂卵石地层中的石英颗粒体积分数较高,会导致盾构刀具磨损严重,影响施工进度及工期。建立盾构刀具磨损预测模型来预测盾构刀具的磨损量,是确保盾构法施工高效安全进行的重要环节。因此,有必要研究刀具磨损预测模型,并进行刀具参... [目的]砂卵石地层中的石英颗粒体积分数较高,会导致盾构刀具磨损严重,影响施工进度及工期。建立盾构刀具磨损预测模型来预测盾构刀具的磨损量,是确保盾构法施工高效安全进行的重要环节。因此,有必要研究刀具磨损预测模型,并进行刀具参数敏感性分析。[方法]分析了砂卵石地层对盾构刀具的研磨性;介绍了砂卵石地层盾构刀具的切削机理;建立了考虑微观磨损特征的盾构刀具磨损预测模型,并对刀具参数进行敏感性分析。[结果及结论]不均匀系数、特征粒径与材料的磨损量正相关;塑性去除磨损、脆性去除磨损和黏着磨损的体积分数分别为61.4%、30.8%、7.8%,塑性去除磨损和脆性去除磨损占比较大;磨损系数随着不均匀系数和特征粒径的增大而增大,盾构刀具的磨损量整体随着刀具刃角的减小而减小。盾构刀具的磨损主要由磨粒磨损和黏着磨损造成。 展开更多
关键词 盾构隧道 砂卵石地层 刀具磨损预测模型
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基于改进LSTM-AdaBoost的铣刀磨损量预测
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作者 赵小惠 杨文彬 +2 位作者 胡胜 郇凯旋 谭琦 《机床与液压》 北大核心 2024年第10期14-20,共7页
针对铣刀磨损量预测时精度低的问题,提出一种基于黑寡妇算法(BWO)优化的长短期记忆神经网络(LSTM)与AdaBoost集成学习算法相结合的铣刀磨损量预测方法。在铣刀磨损振动信号中提取时域、频域以及时频域多域特征。通过BWO算法优化LSTM的... 针对铣刀磨损量预测时精度低的问题,提出一种基于黑寡妇算法(BWO)优化的长短期记忆神经网络(LSTM)与AdaBoost集成学习算法相结合的铣刀磨损量预测方法。在铣刀磨损振动信号中提取时域、频域以及时频域多域特征。通过BWO算法优化LSTM的核心参数,并将优化后的LSTM网络与AdaBoost算法进行结合,构建铣刀磨损量预测模型。最后用PHM Society 2010铣刀全寿命周期的振动数据进行实验。研究结果表明:所提方法能够有效地预测出铣刀磨损量变化值,优化后模型的平均绝对误差百分比为3.436%、均方根误差为6.471、决定系数R^(2)为0.935。该方法能够获得准确率更高的铣刀磨损量预测值,预测效率更高。 展开更多
关键词 铣刀磨损 磨损量预测 黑寡妇算法 长短期记忆神经网络 ADABOOST算法
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硬质合金涂层刀具铣削堆焊合金试验研究
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作者 尹亮 赵红瑞 李海豹 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第10期230-234,241,共6页
对试验堆焊合金合理加工参数与涂层刀具磨损机制进行了分析。采用逆变直流焊机与特制的含稀土药皮耐磨堆焊焊条在试板表面进行堆焊焊接,采用数控铣床分组加工试验堆焊合金,分别对堆焊层进行了成分检测与金相组织分析,对试验用APMT1604P... 对试验堆焊合金合理加工参数与涂层刀具磨损机制进行了分析。采用逆变直流焊机与特制的含稀土药皮耐磨堆焊焊条在试板表面进行堆焊焊接,采用数控铣床分组加工试验堆焊合金,分别对堆焊层进行了成分检测与金相组织分析,对试验用APMT1604PDER型硬质合金涂层刀具进行了金相分析、电镜形貌观测以及能谱分析,研究了不同参数及加工量条件下刀具涂层与内部基体铣削表面特征以及磨损分析。数控铣床采用4齿刀盘时,相同每齿进给量试验堆焊合金材料的合理加工参数为Vc:0.085r/min,ft:≤0.05mm/min,ap:≤0.2mm。试验刀具的表面涂层为AlTiN类型,刀具基体材料主要为500nm~2μm不规则碳化钴、碳化钨合金粉末组成;试验刀具的失效形式:初期为磨粒磨损,中期与后期以黏结磨损与扩散磨损为主。 展开更多
关键词 铣削 涂层 刀具 堆焊 组织 磨损机制
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复合地层加强型盾构对比选型技术与滚刀磨损特征研究
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作者 刘泉维 邵小康 +5 位作者 纪明涛 刘林胜 叶守杰 江玉生 杨志勇 张西昌 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第7期154-161,170,共9页
为应对复杂地质条件下经验方法无法定量评价掘进机设备选型适应性和经济性的难题,提出盾构/TBM对比选型方法,基于地层综合组段划分技术,依据开挖面岩层性质、地下水情况、施工环境等因素将复杂地层划分成若干独立组段,计算不同类型掘进... 为应对复杂地质条件下经验方法无法定量评价掘进机设备选型适应性和经济性的难题,提出盾构/TBM对比选型方法,基于地层综合组段划分技术,依据开挖面岩层性质、地下水情况、施工环境等因素将复杂地层划分成若干独立组段,计算不同类型掘进设备在各个组段内的施工效率和施工成本并作对比,综合汇总后给出各类设备施工定量化效率、工期和经济指标,决策者可根据项目主控因素作出选型结论。此外,同时结合包含硬岩和不良地质段的隧道工程掘进机选型实例,分析加强型盾构对此类地层的适应性,给出首例加强型盾构的配置参数和针对性设计,并对加强型盾构在硬岩段掘进时的滚刀磨损进行回归分析。研究结果表明:(1)盾构/TBM对比选型技术综合考虑不同设备在各隧道组段内的适用性、施工效率、施工成本,选型决策更具科学性和实用性;(2)加强型盾构配置6 r/min刀盘转速和19英寸大直径滚刀,可大幅提升掘进效率,因此对硬岩地层和不良地质段兼具适应性;(3)加强型盾构滚刀累计磨损量与其安装半径呈指数型相关性,边缘滚刀磨损速率最大,施工中应及时检修,保障开挖直径充足。 展开更多
关键词 复合地层 机械法掘进 加强型盾构 对比选型 地层组段划分 滚刀 刀具磨损
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涂层刀具清洁硬态钻削超高强度钢切削性能研究
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作者 李士武 郑光明 +2 位作者 李玉龙 刘涛 杜洪刚 《工具技术》 北大核心 2024年第7期61-65,共5页
为提高刀具在硬态钻削超高强度钢过程中的切削性能,降低刀具磨损,通过涂层刀具在干式、冷风、液氮三种清洁切削介质下钻削42CrMo超高强度钢,研究涂层刀具切削性能和刀具磨损机理,探究清洁硬态钻削时延长刀具寿命的可行性。研究表明:冷... 为提高刀具在硬态钻削超高强度钢过程中的切削性能,降低刀具磨损,通过涂层刀具在干式、冷风、液氮三种清洁切削介质下钻削42CrMo超高强度钢,研究涂层刀具切削性能和刀具磨损机理,探究清洁硬态钻削时延长刀具寿命的可行性。研究表明:冷风与液氮冷却均可提高断屑、排屑能力,降低钻削力和钻削温度,延长刀具寿命;涂层刀具主要磨损机理为黏结磨损、磨粒磨损和氧化磨损。该研究可为高强度、高硬度材料的清洁钻削加工提供理论和技术参考。 展开更多
关键词 清洁钻削 硬态钻削 42CRMO钢 涂层刀具 磨损机理
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全断面硬岩地层土压/TBM双模盾构滚刀性能评价
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作者 孙彰 王振华 江益辉 《都市快轨交通》 北大核心 2024年第4期111-117,共7页
为了提高土压(EPB)/隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)双模盾构掘进效率,减少滚刀磨损,以深大城际铁路机场东站—黄麻布站区间为依托,以该隧道左线里程ZDK8+583.0~ZDK8+359.8全断面硬岩掘进段为研究对象,对区间所采用的EPB/TBM双... 为了提高土压(EPB)/隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)双模盾构掘进效率,减少滚刀磨损,以深大城际铁路机场东站—黄麻布站区间为依托,以该隧道左线里程ZDK8+583.0~ZDK8+359.8全断面硬岩掘进段为研究对象,对区间所采用的EPB/TBM双模盾构滚刀性能展开研究。首先,根据滚刀功能和类型的不同,对该区段的滚刀更换情况以及磨损状况进行统计分析,并获得最优性能的滚刀;然后,为更好地指导开仓换刀,以最优性能滚刀为例对滚刀使用寿命进行评估;最后,根据现场实际情况建立刀具信息管理系统。研究结果表明:中铁装备宽刀更适合该类地层的掘进,所搭建的刀具管理系统能很好地实现刀具信息化管理,确保现场施工更经济、高效。 展开更多
关键词 轨道交通 全断面硬岩 滚刀性能 滚刀磨损 使用寿命 刀具信息化管理系统
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盾构滚刀正常磨损规律分析与预测——以珠海兴业快线工程为例
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作者 李煜钦 姚占虎 +4 位作者 沈翔 张亚洲 苏栋 张志宇 周晓青 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第9期1904-1914,共11页
为解决盾构施工过程中严重磨损刀具无法及时更换而导致的掘进效率下降问题,建立滚刀磨损量预测模型,以优化施工效率和提高滚刀的利用率。采用等效磨损量辅助分析累计磨损量与掘进参数之间的关系,并扩展数据库预测累计磨损量。通过将兴... 为解决盾构施工过程中严重磨损刀具无法及时更换而导致的掘进效率下降问题,建立滚刀磨损量预测模型,以优化施工效率和提高滚刀的利用率。采用等效磨损量辅助分析累计磨损量与掘进参数之间的关系,并扩展数据库预测累计磨损量。通过将兴业快线超大直径盾构隧道工程中的滚刀磨损数据进行分区统计,研究滚刀的磨损类型及变化规律;引入等效磨损量概念,分析其在不同地层下的变化特征,拟合磨损量与掘进参数之间的关系,建立磨损量预测模型。研究发现:1)工程中的滚刀磨损主要表现为均匀磨损和偏磨,其中偏磨多见于软硬不均地层;2)滚刀磨损量与安装半径、刀刃宽度、地层类型及掘进距离存在正相关关系;3)等效磨损量在软土地层中变化平稳,而在软硬不均地层中经历适应、平稳和加剧3个阶段。通过拟合分析,等效磨损量与推力、转矩呈正相关关系。最终通过现场实测数据验证建立的磨损量预测模型的准确性。 展开更多
关键词 盾构隧道 掘进参数 滚刀 等效磨损量 磨损预测
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滚刀滑移状态下的受力与磨损仿真分析
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作者 方应冉 李兴高 +2 位作者 刘泓志 杨益 郭易东 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期93-102,共10页
为探究滚刀滑移状态下破岩的受力与磨损的变化规律,基于离散单元法,建立了同时考虑滚刀自转和绕刀盘公转的滚动圆周切割模型。定义了一个滑移率参数η用于描述滚刀的滑移状态,对不同滑移率工况下滚刀破岩受力和磨损进行了对比分析,并结... 为探究滚刀滑移状态下破岩的受力与磨损的变化规律,基于离散单元法,建立了同时考虑滚刀自转和绕刀盘公转的滚动圆周切割模型。定义了一个滑移率参数η用于描述滚刀的滑移状态,对不同滑移率工况下滚刀破岩受力和磨损进行了对比分析,并结合工程实例对数值仿真结论进行了验证,结果表明:数值仿真中垂直力F_(V)和滚动力F_(R)在CSM模型计算值附近波动,两者较为吻合,表明了本文模型的合理性。数值仿真结果表明,随着滑移率η的增大,垂直力F_(V)呈轻微减小趋势,滚动力F_(R)明显变大,从滚动破岩到滑动破岩,垂直力F_(V)降幅为23.6%,滚动力F_(R)增幅达83.7%,滑动破岩将导致滚刀偏磨。工程实测数据表明,刀盘上大量滚刀处于正常磨损状态时,主要表现为推力增大。大量滚刀处于偏磨状态时,主要表现为扭矩增大,其中偏磨滚刀占比19.05%和28.57%时,扭矩增幅分别为55.85%和261.51%。滚刀正常磨损和偏磨均大量存在时,表现为扭矩推力同步增大,其中偏磨滚刀占比21.43%时,扭矩增幅为80.89%。数值仿真和实测数据表现出较高的一致性。综合4次开仓换刀结果,可将刀盘扭矩增幅超过50%作为判定大量滚刀发生偏磨的重要依据。 展开更多
关键词 全断面岩石掘进机(TBM) 离散单元法 运动状态 滑移率 滚刀偏磨
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完整极硬岩条件下TBM连续高效破岩技术 被引量:1
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作者 林弟涛 《国防交通工程与技术》 2024年第3期77-81,42,共6页
以某项目螺旋斜坡道工程为背景,分析了影响TBM在完整极硬岩条件下连续高效掘进的因素,提出设计高效耐磨的刀盘系统,具体包括将刀间距优化至60 mm、刀具额定荷载提升至375 kN、提高刀座强度和耐疲劳性、设置两路冷却系统以控制刀盘刀具温... 以某项目螺旋斜坡道工程为背景,分析了影响TBM在完整极硬岩条件下连续高效掘进的因素,提出设计高效耐磨的刀盘系统,具体包括将刀间距优化至60 mm、刀具额定荷载提升至375 kN、提高刀座强度和耐疲劳性、设置两路冷却系统以控制刀盘刀具温度,并重点强化了刀盘的耐磨性;减小刃宽保证贯入度,将边刀刀圈允许磨损部分外侧加厚2.5 mm。在辅助破岩措施上,控制爆破实现人造裂隙;在连续转弯破岩技术环节上,提高TBM主轴承强度,并不断优化掘进参数进一步提高掘进效率。实践应用效果良好。 展开更多
关键词 TBM 硬岩 破岩效率 刀盘设计 刀间距 耐磨性 主轴承 小转弯半径
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PVD、CVD涂层硬质合金刀片铣削2Cr13不锈钢磨损实验研究
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作者 杨剑 吴张欣 +4 位作者 严亮 李炳蔚 高培文 雷学林 何云 《工具技术》 北大核心 2024年第3期64-68,共5页
2Cr13不锈钢是一种典型的难加工材料。在其铣削加工过程中,存在铣削力大、铣削温度高、加工硬化趋势强、切屑黏附性强、刀具磨损严重等问题。选用AlCrN(PVD)和TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN(CVD)两款不同涂层的RCKT 1606圆形铣刀片,对2Cr13不锈... 2Cr13不锈钢是一种典型的难加工材料。在其铣削加工过程中,存在铣削力大、铣削温度高、加工硬化趋势强、切屑黏附性强、刀具磨损严重等问题。选用AlCrN(PVD)和TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN(CVD)两款不同涂层的RCKT 1606圆形铣刀片,对2Cr13不锈钢进行铣削实验,并分析这两款涂层加工不锈钢的磨损性能及失效机理。结果表明:TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN涂层刀片铣削加工10m以后,两个刀片的后刀面磨损量均超过了0.3mm,且切削刃发生崩刃失效;AlCrN涂层刀片铣削10m后,两个刀片的后刀面磨损量均超过0.12mm;在2Cr13不锈钢的铣削加工中,使用AlCrN(PVD)涂层可以有效提高刀具的切削寿命。 展开更多
关键词 可转位铣刀 涂层刀具 2Cr13不锈钢 刀具磨损
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不同岩石工况下新型高硬韧TBM刀圈用钢的磨损特性试验研究
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作者 蒋金哲 刘越 刘春明 《摩擦学学报(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期622-632,共11页
TBM刀圈的磨损性能不仅取决于刀圈自身的组织及性能,而且与岩石的类型以及磨损载荷紧密相关.为此,选取了5种不同性能的刀圈钢,研究了磨损载荷以及岩石类型对试验钢磨损性能及磨损机制的影响.研究结果表明:在砂岩工况下,不同性能试验钢... TBM刀圈的磨损性能不仅取决于刀圈自身的组织及性能,而且与岩石的类型以及磨损载荷紧密相关.为此,选取了5种不同性能的刀圈钢,研究了磨损载荷以及岩石类型对试验钢磨损性能及磨损机制的影响.研究结果表明:在砂岩工况下,不同性能试验钢均表现出微观切削磨损机制,随着试验钢硬度的增加,磨损量减小,磨屑由卷曲条带状转变为木屑状.在花岗岩工况下,各试验钢磨损机制以犁削为主,磨屑呈粉末状或块状,磨损载荷较低时,耐磨性与试样硬度正相关,当磨损载荷增加到一定数值后,耐磨性同时取决于试验钢的硬度和韧性. 展开更多
关键词 TBM刀圈 硬度 韧性 磨损行为 岩石类型
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顶管机用盘形滚刀断裂原因分析
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作者 贾爽 马允郑 +2 位作者 吕庆洲 陈胜 康学勤 《失效分析与预防》 2024年第4期279-283,共5页
顶管机盘形滚刀在施工过程中出现断裂,严重影响施工效率且增加施工成本。对断裂和偏磨的盘形滚刀进行统计和分析,发现其断裂位置、形式有相似性,对滚刀质量的提高具有重要意义。对故障件进行外观观察、成分测试、硬度分布测试及金相组... 顶管机盘形滚刀在施工过程中出现断裂,严重影响施工效率且增加施工成本。对断裂和偏磨的盘形滚刀进行统计和分析,发现其断裂位置、形式有相似性,对滚刀质量的提高具有重要意义。对故障件进行外观观察、成分测试、硬度分布测试及金相组织测试,结果表明:盘形滚刀密封性较差,在施工过程中有砂石和泥浆进入滚刀内部,造成内部轴承失效,导致盘形滚刀不能自转且出现偏磨,滚柱相互挤压产生外推力,导致轴承外圈和刀圈均出现断裂,最终导致盘形滚刀断裂。建议改善盘形滚刀密封性,防止影响轴承运转的外部异物进入轴承,可有效避免滚刀早期失效。 展开更多
关键词 盘形滚刀 5Cr5MoSiV1 密封 顶管机 偏磨
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五宝场硬塑性地层斧形曲面PDC齿破岩性能研究 被引量:2
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作者 荣准 杨学军 +3 位作者 张航 颜爽 张琦 张龙龙 《钻探工程》 2024年第2期85-93,共9页
为解决川东油气钻井中五宝场沙溪庙组硬塑性地层PDC钻头磨损严重、起下钻频繁的问题,开展了斧形曲面PDC齿在硬塑性地层破岩性能的研究。首先采用X射线衍射试验与三轴力学试验分别获取该地层岩石性质和力学参数,然后采用有限元仿真与试... 为解决川东油气钻井中五宝场沙溪庙组硬塑性地层PDC钻头磨损严重、起下钻频繁的问题,开展了斧形曲面PDC齿在硬塑性地层破岩性能的研究。首先采用X射线衍射试验与三轴力学试验分别获取该地层岩石性质和力学参数,然后采用有限元仿真与试验相结合的方法开展斧形曲面PDC齿破岩性能研究。研究结果表明:斧形曲面PDC齿主要以剪切、挤压、犁切共同作用破岩;相较于常规PDC齿,斧形曲面PDC齿有更强的吃入岩石的能力和稳定性,能有效减小钻头异常振动,提高钻头寿命,并在不同磨损高度(0~3 mm)时,破岩比功降低2.2%~8.2%;根据试验得到斧形曲面齿较常规齿破岩性能提高了11.39%,且试验与仿真平均切削力误差仅为7.46%,验证了仿真模型的正确性。本研究表明斧形曲面PDC齿在硬塑性地层对提高破岩性能具有重要意义。 展开更多
关键词 斧形曲面PDC齿 硬塑性地层 破岩比功 磨损高度 破岩性能
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掘进参数对盾构刀具磨损影响及优化措施分析
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作者 吴博 文靖尔 +2 位作者 方泽龙 王椿伟 刘俊 《山西建筑》 2024年第18期162-168,共7页
盾构机掘进过程中,掘进参数作为盾构刀具磨损的主要影响因素,有必要对掘进参数与刀具磨损间的影响进行研究。该研究依托成都地铁13号线砂卵石地层盾构隧道施工工程,通过对现场采集的掘进参数数据进行信号预处理并利用小波包分析提取刀... 盾构机掘进过程中,掘进参数作为盾构刀具磨损的主要影响因素,有必要对掘进参数与刀具磨损间的影响进行研究。该研究依托成都地铁13号线砂卵石地层盾构隧道施工工程,通过对现场采集的掘进参数数据进行信号预处理并利用小波包分析提取刀具磨损识别指标,结合灰色关联分析法及回归拟合建立刀具磨损状态识别模型,探析掘进参数对盾构刀具磨损的影响规律,并提出针对盾构掘进参数设置的优化方案。研究结果表明,此方法适用于识别盾构刀具磨损状态,其中扭矩信号识别刀具磨损状态精度最高、效果最稳定,可为类似盾构隧道施工工程提高盾构掘进效率提供参考。 展开更多
关键词 盾构刀具 掘进参数 磨损状态识别 小波包分析
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仿生侵蚀介质对滚刀/大理岩滚动摩擦磨损行为的影响
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作者 杨康辉 吴志鑫 +3 位作者 苏叶茂 刘少锐 郑靖 周仲荣 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期117-126,共10页
目的对比去离子水和仿生侵蚀介质2种工况下,滚刀/大理岩摩擦副在不同法向载荷作用下的滚动摩擦磨损行为,阐明仿生侵蚀介质对大理岩破碎去除和滚刀磨损的影响规律和作用机制,为化学手段辅助提升全断面隧道掘进机(TBM)破岩效率提供参考。... 目的对比去离子水和仿生侵蚀介质2种工况下,滚刀/大理岩摩擦副在不同法向载荷作用下的滚动摩擦磨损行为,阐明仿生侵蚀介质对大理岩破碎去除和滚刀磨损的影响规律和作用机制,为化学手段辅助提升全断面隧道掘进机(TBM)破岩效率提供参考。方法表征自制仿生侵蚀介质对大理岩和H13钢滚刀的腐蚀性,基于自制滚压破岩模拟试验机研究滚刀/大理岩摩擦副的滚动摩擦磨损行为。结果仿生侵蚀介质对滚刀无明显腐蚀性,但会诱导大理岩表面产生次生裂隙和溶蚀孔,弱化岩石表面的力学性能。在法向载荷为45、75、105N时,相较于去离子水工况,在仿生侵蚀介质工况下大理岩的磨损体积分别提高了25.3%、9.3%、17.5%,滚刀破岩比能分别下降了28.3%、11.4%、20.0%。在法向载荷为45 N时,岩石表面的破坏形式主要为矿物颗粒破碎剥落。在法向载荷为75N时,岩石的去除量明显增大,表面形成了密实核。在法向载荷为105N时,岩石表面发生显著开裂和去除现象。结论仿生侵蚀介质能促进大理岩的破碎和去除,降低滚刀磨损和破岩比能。仿生侵蚀介质的作用受到岩石破坏形式的影响,在法向载荷较低时,岩石表面破坏形式以矿物颗粒剥落和密实核形成为主,仿生侵蚀介质仅作用于岩石表层,其效果有限;在法向载荷较高时,岩石表面会产生裂纹和开裂,有利于仿生侵蚀介质向岩石内部的渗透,刀具的破岩效率显著提高。 展开更多
关键词 TBM滚刀 大理岩 仿生侵蚀介质 滚动 法向载荷 摩擦磨损
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