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Distribution of contact loads in crushed zone between tunnel boring machine disc cutter and rock 被引量:11
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作者 SHI Yu-peng XIA Yi-min +2 位作者 TAN Qing ZHANG Yi-chao QIAO Shuo 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第9期2393-2403,共11页
The construction efficiency and quality of tunnel boring machines(TBMs)is largely determined by the service life of cutting tools,which is the result of contact loads in the crushed zone between cutter ring and rock.I... The construction efficiency and quality of tunnel boring machines(TBMs)is largely determined by the service life of cutting tools,which is the result of contact loads in the crushed zone between cutter ring and rock.In this paper,a series of rock breaking tests were conducted with a 216 mm diameter disc cutter and concrete samples.Based on the superposition principle,the distribution of contact loads between disc cutter and rock were obtained by using the truncated singular value decomposition(TSVD).The results show that both the peak value and the whole numerical distribution of the radial strains on the cutter ring increase with the increase of the penetration.The distribution curves of the contact loads show an approximate parabola going downwards,which indicates contact loads are more concentrated.The front non-loading area with a ratio from 1.8%to 5.4%shows an increasing trend with the increase of penetration.However,the change of rear non-loading area is not obvious.It is believed that the conclusions have guidance for the study of rock breaking mechanism and manufacturing process of the disc cutter. 展开更多
关键词 disc cutter contact loads superposition principle non-loading area
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Brazilian disc test study on tensile strength-weakening effect of high pre-loaded red sandstone under dynamic disturbance 被引量:19
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作者 GONG Feng-qiang WU Wu-xing ZHANG Le 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第10期2899-2913,共15页
Tensile failure(spalling or slabbing)often occurs on the sidewall of deep tunnel,which is closely related to the coupled stress state of deep rock mass under high pre-static load and dynamic disturbance.To reveal the ... Tensile failure(spalling or slabbing)often occurs on the sidewall of deep tunnel,which is closely related to the coupled stress state of deep rock mass under high pre-static load and dynamic disturbance.To reveal the mechanism of rock tensile failure caused by this coupled stress mode,the Brazilian disc tests were carried on red sandstone under high pre-static load induced by dynamic disturbance.Based on the pure static tensile fracture load of red sandstone specimen,two static load levels(80%and 90%of the pure static tensile fracture load)were selected as the initial high pre-static loading state,and then the dynamic disturbance load was applied until the rock specimen was destroyed.The dynamic disturbance loading mode adopted a sinusoidal wave(sine-wave)load,and the loading wave amplitude was 20%and 10%of the pure static tensile fracture load,respectively.The dynamic disturbance frequencies were set to 1,10,20,30,40,and 50 Hz.The results show that the tensile failure strength and peak displacement of red sandstone specimens under coupled load actions are lower than those under pure static tensile load,and both parameters decrease significantly with the increase of dynamic disturbance frequency.With the increase of dynamic disturbance frequency,the decrease range of tensile strength of red sandstone increased from 3.3%to 9.4%when the pre-static load level is 80%.While when the pre-static load level is 90%,the decrease range will increase from 7.4%to 11.6%.This weakening effect of tensile strength shows that the deep surrounding rock is more likely to fail under the coupled load actions of pre-static load and dynamic disturbance.In this tensile failure mechanism of the deep surrounding rock,the stress environment of deep sidewall rock determines that the failure mode of rock is a tensile failure,the pre-static load level dominates the tensile failure strength of surrounding rock,and dynamic disturbance promotes the strength-weakening effect and affects the weakening range. 展开更多
关键词 SPALLING deep surrounding rock strength-weakening effect pre-static load dynamic disturbance tensile failure Brazilian disc test
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Multi-degree-of-freedom coupling dynamic characteristic of TBM disc cutter under shock excitation 被引量:8
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作者 霍军周 孙晓龙 +2 位作者 李广庆 李涛 孙伟 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第9期3326-3337,共12页
When the tunneling boring machine(TBM) cutterhead tunnels, the excessive vibration and damage are a severe engineering problem, thereby the anti-vibration design is a key technology in the disc cutter system. The stru... When the tunneling boring machine(TBM) cutterhead tunnels, the excessive vibration and damage are a severe engineering problem, thereby the anti-vibration design is a key technology in the disc cutter system. The structure of disc cutter contains many joint interfaces among cutter ring, cutter body, bearings and cutter shaft. On account of the coupling for dynamic contact and the transfer path among joint interface, mechanical behavior of disc cutter becomes extremely complex under the impact of heavy-duty, which puts forward higher requirements for disc cutter design. A multi-degree-of-freedom coupling dynamic model, which contains a cutter ring, a cutter body, two bearings and cutter shaft, is established, considering the external stochastic excitations, bearing nonlinear contact force, multidirectional mutual coupling vibration, etc. Based on the parameters of an actual project and the strong impact external excitations, the modal properties and dynamic responses are analyzed, as well as the cutter shaft and bearings' loads and load transmission law are obtained. Numerical results indicate the maximum radial and axial cutter ring amplitudes of dynamic responses are 0.568 mm and 0.112 mm; the maximum radial and axial vibration velocities are 41.1 mm/s and 38.9 mm/s; the maximum radial and axial vibration accelerations are 94.7 m/s2 and 58.6 m/s2; the maximum swing angle and angular velocity of cutter ring are 0.007° and 0.0074 rad/s, respectively. Finally, the maximum load of bearing roller is 40.3 k N. The proposed research lays a foundation for structure optimization design of disc cutter and cutter base, as well as model selection, modification and fatigue life of the cutter bearing. 展开更多
关键词 tunneling boring machine(TBM) disc cutter system joint interface coupled nonlinearity dynamical characteristics
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A DYNAMIC MODEL FOR A DISC EXCITED BY VERTICALLY MISALIGNED,ROTATING,FRICTIONAL SLIDERS 被引量:1
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作者 欧阳华江 顾元宪 杨海天 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2004年第4期418-425,共8页
This paper presents a dynamic model for a disc subjected to two sliders rotating in the circumferential direction over the top and bottom surfaces of the disc.The two sliders are vertically misaligned and each is a ma... This paper presents a dynamic model for a disc subjected to two sliders rotating in the circumferential direction over the top and bottom surfaces of the disc.The two sliders are vertically misaligned and each is a mass-spring-damper system with friction between the slider and the disc. The moving loads produced by misaligned sliders can destabilise the whole system.Stability analysis is carried out in a simulated example.This model is meant to explain the friction mechanism for generating unstable vibration in many applications involving rotating discs. 展开更多
关键词 FRICTION VIBRATION dynamic model disc brake moving load
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刃宽对硬岩掘进影响的仿真及试验研究
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作者 尚勇 孙靖东 +3 位作者 姜海峰 许顺海 段红磊 孙朝阳 《工程科学学报》 EI 北大核心 2025年第1期13-24,共12页
滚刀在硬岩掘进中极易发生崩刃、偏磨等异常失效,研究硬岩掘进条件下刃型参数对滚刀破岩载荷和破岩效率的影响十分重要.本文采用滚刀破岩试验和仿真分析相结合的方法,从载荷曲线、破岩体积、破岩比能等方面分析了刃宽对滚刀破岩的影响.... 滚刀在硬岩掘进中极易发生崩刃、偏磨等异常失效,研究硬岩掘进条件下刃型参数对滚刀破岩载荷和破岩效率的影响十分重要.本文采用滚刀破岩试验和仿真分析相结合的方法,从载荷曲线、破岩体积、破岩比能等方面分析了刃宽对滚刀破岩的影响.基于双线性本构模型及Benzeggagh–Kenane损伤断裂准则建立了岩石材料的内聚力本构模型,通过单轴抗压试验及巴西劈裂试验对内聚力本构模型的微观参数进行了校准,并进一步建立了滚刀破岩的内聚力仿真模型.结果表明:内聚力本构模型可以准确的模拟破岩过程中岩石裂纹的萌生和扩展过程.依据裂纹的萌生和扩展情况,滚刀破岩过程主要分为三个阶段:弹性阶段、裂纹萌生–扩展阶段及岩石破坏卸载阶段.滚刀破岩载荷和破岩体积随着贯入度、刀间距和刃宽的增加而增加;破岩比能随刃宽的增加呈先减小后增大的趋势.对于所选取的硬岩,采用13 mm刃宽滚刀破岩时比能最小,破岩效率最高;7 mm刃宽滚刀破岩时无法形成贯通岩片,相邻滚刀之间仍存在岩脊,破岩效率较低. 展开更多
关键词 滚刀刃宽 Cohesive模型 线切割试验 破岩载荷 破岩效率
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Analysis of load and adaptability of disc cutters during shield tunneling in soft-hard varied strata
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作者 Fengwei YANG Weilin SU +1 位作者 Yi YANG Zhiguo CAO 《Frontiers of Structural and Civil Engineering》 SCIE EI CSCD 2023年第4期533-545,共13页
The disc cutters of shield machines exhibit unsatisfactory adaptability and performance during the soft–hard varied strata tunneling process.To analyze the rotation state,cutting performance,and adaptability of disc ... The disc cutters of shield machines exhibit unsatisfactory adaptability and performance during the soft–hard varied strata tunneling process.To analyze the rotation state,cutting performance,and adaptability of disc cutters during shield tunneling in soft–hard varied strata,the Holmquist Johnson Cook and Federal Highway Administration constitutive models are introduced to numerically simulate the failure process of materials on the excavation face and to calculate the load of disc cutters.Additionally,the parameters of the models are modified based on laboratory disc cutter excavation test results.The results of numerical calculation can reflect the load level and the behavior of the disc cutters during operation.The tangential loads of the disc cutters during the cutting of four typical soft-strata excavation face models are numerically calculated,thus providing reference values for the starting torque of the disc cutters.A greater penetration is suggested for soft-strata tunneling to allow the disc cutters to rotate smoothly and continuously as well as to guarantee a better cutting effect.The disc cutters in the center of the cutterhead should be specified with a lower starting torque to prevent uneven wear,rotation stagnation,cutterhead clogging,and other adverse phenomena. 展开更多
关键词 shield tunneling disc cutter load laboratory excavation test numerical calculation soft-hard varied strata
原文传递
动静荷载作用下煤矿TBM滚刀贯入度预测理论模型
7
作者 王成博 沈仁为 +4 位作者 李宏亮 张鹏涛 程晋轶 李天国 唐彬 《煤炭技术》 CAS 2024年第10期231-234,共4页
全断面掘进机(TBM)掘进过程中,除步进油缸顶推刀盘,带动滚刀切入岩石外,滚刀还受到不同程度的冲击。为研究TBM滚刀在“顶推-冲击”动静荷载耦合作用下的破岩特性,建立了动静荷载作用下滚刀破岩理论分析模型。分别对静载和动载条件下TBM... 全断面掘进机(TBM)掘进过程中,除步进油缸顶推刀盘,带动滚刀切入岩石外,滚刀还受到不同程度的冲击。为研究TBM滚刀在“顶推-冲击”动静荷载耦合作用下的破岩特性,建立了动静荷载作用下滚刀破岩理论分析模型。分别对静载和动载条件下TBM滚刀贯入度进行开展分析研究,获得了动静荷载作用下TBM滚刀贯入度计算公式。基于煤矿TBM掘进硬岩巷道工程问题,计算TBM掘进煤矿巷道滚刀贯入度,并与滚刀贯入度现场监测数据对比,研究结果表明:TBM施工现场滚刀贯入度最大14.7 mm,最小5.2 mm,平均值为9.76 mm,滚刀贯入度理论计算值为9.27 mm,验证了理论模型的准确性。 展开更多
关键词 煤矿 滚刀 动静荷载 贯入度 理论模型
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基于ADAMS的全断面竖井掘进机锥形刀盘载荷特性
8
作者 王帅 郭庚鑫 +5 位作者 李阁强 董振乐 李东林 韩伟锋 焦雷 宋斌 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第17期7122-7130,共9页
全断面竖井掘进机锥形刀盘在竖井施工中具有导向性好、姿态调整方便等优点,滚刀作为竖井掘进机施工中最直接的破岩工具,获取其载荷分布规律对于竖井掘进机的刀盘刀具系统的合理设计和掘进过程中装备姿态的调整具有重要意义。基于ADAMS... 全断面竖井掘进机锥形刀盘在竖井施工中具有导向性好、姿态调整方便等优点,滚刀作为竖井掘进机施工中最直接的破岩工具,获取其载荷分布规律对于竖井掘进机的刀盘刀具系统的合理设计和掘进过程中装备姿态的调整具有重要意义。基于ADAMS建立了全断面竖井掘进机锥形刀盘与岩体耦合模型,合理施加约束条件对正常掘进工况进行仿真,获取了竖井掘进机锥形刀盘刀具的载荷分布规律。结果表明:由于安装方式的不同,正滚刀所受到的侧向力和滚动力均大于中心滚刀,对正滚刀刀座与辐条之间的连接强度提出了更高要求;随着正滚刀在刀盘上安装半径的增大,其受到的垂直力也增大。中心滚刀所受到合力载荷稳定性较正滚刀明显较好,波动更小;随着滚刀在刀盘上安装半径的增加,滚刀所受到的合力载荷大小波动更大,载荷稳定性也更差。 展开更多
关键词 全断面竖井掘进机 ADAMS动力学仿真 锥形刀盘 滚刀载荷 雨流计数 稳定性分析
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层绕机自动装盘机器人系统设计及应用
9
作者 高云茜 翟文博 李国亮 《机械设计》 CSCD 北大核心 2024年第S02期41-46,共6页
文中设计了一种基于机器人的层绕机自动装盘应用系统,旨在提高焊丝生产线的自动化水平和生产效率。该系统主体由供盘系统和机器人系统构成,通过MD-H法建立坐标系,对机器人进行运动学分析,确保末端执行器的位置和姿态满足工作空间要求。... 文中设计了一种基于机器人的层绕机自动装盘应用系统,旨在提高焊丝生产线的自动化水平和生产效率。该系统主体由供盘系统和机器人系统构成,通过MD-H法建立坐标系,对机器人进行运动学分析,确保末端执行器的位置和姿态满足工作空间要求。同时,通过动力学仿真分析评估机器人的运动和力学性能,为机器人的控制和路径规划提供支持。控制系统设计实现了自动上下盘系统的自动化作业,并通过仿真程序编写和电路图测试验证了系统的稳定性和可靠性。该系统的应用显著提升焊丝生产线的装卸精度和生产效率,降低人工成本,提高生产质量,具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 层绕机 自动装盘机器人 动力学分析 应用系统设计
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基于损伤因子修正本构关系的煤岩截割载荷数值模拟
10
作者 郝鑫 刘春生 +1 位作者 赵迎港 程硕 《黑龙江科技大学学报》 CAS 2024年第3期380-386,共7页
为探究刀具对煤岩的损伤作用,通过引入损伤因子修正方法,数值模拟碟盘刀具截割煤岩过程,基于Mohr-Coulomb准则分别给出Weibull分布和声发射振铃计数的损伤因子计算方法。采用ABAQUS软件引入损伤因子参数,数值模拟碟盘刀具截割不同厚度... 为探究刀具对煤岩的损伤作用,通过引入损伤因子修正方法,数值模拟碟盘刀具截割煤岩过程,基于Mohr-Coulomb准则分别给出Weibull分布和声发射振铃计数的损伤因子计算方法。采用ABAQUS软件引入损伤因子参数,数值模拟碟盘刀具截割不同厚度煤岩的载荷特性,并与实验进行对比分析。结果表明,在截割厚度为5、10、15、20和25 mm的条件下,数值模拟与实验径向载荷上峰值均值误差分别为4.27%、0.45%、13.45%、8.50%和12.22%,修正模型的载荷预测平均误差为7.78%,符合工程实际要求,验证了将损伤因子引入到ABAQUS中的适用性和有效性。 展开更多
关键词 碟盘刀具 损伤因子 煤岩 截割载荷
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盘形滚刀盾构切削桥桩刀盘荷载研究
11
作者 薛豪 陈蕾 +1 位作者 王占生 马学军 《河南科学》 2024年第8期1153-1162,共10页
钢筋混凝土的材料力学性质与天然岩土体差别很大,为了研究盾构掘进过程中滚刀切削钢筋混凝土的切削特性,对滚刀侵入钢筋混凝土的过程进行受力分析.首先,通过三维仿真模拟得出单把滚刀在不同贯入度下切削钢筋与混凝土时的法向力与切向力... 钢筋混凝土的材料力学性质与天然岩土体差别很大,为了研究盾构掘进过程中滚刀切削钢筋混凝土的切削特性,对滚刀侵入钢筋混凝土的过程进行受力分析.首先,通过三维仿真模拟得出单把滚刀在不同贯入度下切削钢筋与混凝土时的法向力与切向力,再通过滚刀切削钢筋混凝土室内实验验证了法向力的准确性.然后,基于荷载叠加原理,提出一种针对切桩过程的推力和扭矩刀盘荷载计算模型,通过依托工程实际切桩荷载验证了刀盘荷载计算模型的适用性.对比结果表明,本文模型所计算出的推力、扭矩荷载值与实际切桩的推力、扭矩荷载值误差分别小于10%与20%,结合实际切桩荷载分析得出滚刀切桩的荷载影响主要是推力.研究结果可为今后类似盾构切削工程中掘进面荷载计算以及单刀选型与配置等提供参考. 展开更多
关键词 隧道工程 盾构切削 盘形滚刀 刀盘荷载 理论分析
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水射流辅助碟盘刀具截割煤岩载荷特性
12
作者 刘延婷 刘春生 +2 位作者 徐鹏 郝鑫 任春平 《煤炭技术》 CAS 2024年第2期253-256,共4页
针对机械刀具截割煤岩效率低的问题,将水射流辅助截割技术应用到碟盘刀具截割煤岩。构建了水射流辅助刀齿截割煤岩的理论载荷模型,通过LS-DYNA软件分析了不同条件下水射流辅助刀齿破碎单位体积煤岩载荷。结果表明:理论和模拟径向载荷变... 针对机械刀具截割煤岩效率低的问题,将水射流辅助截割技术应用到碟盘刀具截割煤岩。构建了水射流辅助刀齿截割煤岩的理论载荷模型,通过LS-DYNA软件分析了不同条件下水射流辅助刀齿破碎单位体积煤岩载荷。结果表明:理论和模拟径向载荷变化规律保持一致;适当增大水射流入口压力和喷嘴直径,减小入射角度,有利于提高水射流辅助效果,且影响程度从大到小依次为喷嘴直径、入口压力和入射角度。 展开更多
关键词 碟盘刀具 水射流 复合破碎 载荷特性
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基于CFD的绞吸挖泥船风流载荷分析
13
作者 刘凡 《造船技术》 2024年第3期35-42,共8页
绞吸挖泥船在作业过程中受到载荷影响的情况较为复杂。以某绞吸挖泥船为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟模型对绞吸挖泥船风流载荷进行分析,得到无因次的风流载荷系数,总结绞吸挖泥船风流载荷... 绞吸挖泥船在作业过程中受到载荷影响的情况较为复杂。以某绞吸挖泥船为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟模型对绞吸挖泥船风流载荷进行分析,得到无因次的风流载荷系数,总结绞吸挖泥船风流载荷规律。研究结果可为绞吸挖泥船的系泊分析和作业过程安全性分析提供一定参考。 展开更多
关键词 绞吸挖泥船 风流载荷 计算流体动力学 数值模拟
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岩石节理倾角和间距对隧道掘进机破岩特性影响的试验研究 被引量:44
14
作者 邹飞 李海波 +4 位作者 周青春 莫振泽 朱小明 牛磊 杨风威 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期1640-1646,共7页
为了研究岩体节理参数(节理间距和节理倾角)对全断面岩石掘进机(TBM)盘形滚刀破岩效果的影响,对实际条件进行简化,在改进的试验装置上进行压头作用下相似材料的变形、破坏试验。采集整个加载过程中压头的侵入深度和荷载数据,并采用相机... 为了研究岩体节理参数(节理间距和节理倾角)对全断面岩石掘进机(TBM)盘形滚刀破岩效果的影响,对实际条件进行简化,在改进的试验装置上进行压头作用下相似材料的变形、破坏试验。采集整个加载过程中压头的侵入深度和荷载数据,并采用相机实时拍摄,获得试件表面破坏的发展过程以及最终破坏形态。试验结果表明,当节理倾角一定时,随着节理间距增大,达到跃进点的贯入荷载值增加,侵入功以及主裂纹扩展能量也都呈增大趋势,当α=0°、90°时,抗侵入系数基本一致,当α=30°、60°时,抗侵入系数逐渐增大。当节理间距一定时,随着角度的增加,跃进点荷载、抗侵入系数、侵入功以及主裂纹扩展能量都呈现先减小后增大趋势,在α=30°时,各值都为最小值。根据试件破坏后形态分析发现,节理的空间特征对裂纹扩展模式有明显的控制作用,对破坏区域的形成也有明显的限制。 展开更多
关键词 隧道掘进机 盘形滚刀 节理参数 贯入荷载
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不同地应力下TBM盘形滚刀破岩特性 被引量:17
15
作者 夏毅敏 吴才章 +3 位作者 顾健健 丛国强 唐露 张魁 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期450-458,共9页
根据Mohr-Coulomb准则分析岩石强度与地应力的变化关系,对不同地应力下盘形滚刀破岩载荷模型进行修正;以锦屏二级水电站TBM掘进现场实测的数据为依据,建立有初始地应力和无初始地应力下盘形滚刀破岩仿真模型,并进行无初始应力滚刀破岩试... 根据Mohr-Coulomb准则分析岩石强度与地应力的变化关系,对不同地应力下盘形滚刀破岩载荷模型进行修正;以锦屏二级水电站TBM掘进现场实测的数据为依据,建立有初始地应力和无初始地应力下盘形滚刀破岩仿真模型,并进行无初始应力滚刀破岩试验,研究盘形滚刀破岩载荷特性及岩石破碎特征。研究结果表明:随着地应力的增大,三向力载荷增大;在各个贯入度下,初始应力为28~36 MPa时与0 MPa时相比,垂直力和滚动力的增加幅度较大,增大幅度可达到70%以上,侧向力增加幅度最小;随着初始地应力的增加,滚刀总破岩量减少,破岩能耗上升;三向力理论计算值与仿真值吻合较好,相对误差范围在10%~21%之间;无初始应力下的破岩试验在一定程度上验证力学模型和仿真结果的正确性。 展开更多
关键词 地应力 盘形滚刀 力学模型 贯入度 三向力载荷
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TBM掘进盘形滚刀最优切深动态模糊控制研究 被引量:10
16
作者 宋克志 安凯 +1 位作者 袁大军 王梦恕 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 2009年第3期412-420,共9页
基于重庆越江隧道掘进试验和模糊数学理论,对TBM掘进时盘形滚刀最优切深进行了动态模糊控制研究.对掘进时刀盘切割最低比能的实现途径进行了分析,提出了TBM掘进最优切深动态控制的理念,即根据地质条件的变化实时控制刀盘推力产生适度切... 基于重庆越江隧道掘进试验和模糊数学理论,对TBM掘进时盘形滚刀最优切深进行了动态模糊控制研究.对掘进时刀盘切割最低比能的实现途径进行了分析,提出了TBM掘进最优切深动态控制的理念,即根据地质条件的变化实时控制刀盘推力产生适度切深,以适应固定的刀间距,使刀间距与切深比值S/P处于最优范围内.现场采集掘进试验的数据,对其进行比能计算分析,得出泥岩和砂岩地层下刀盘的最优S/P分别为4—6和7—10.由于地层的复杂性和多变性,最优S/P只能控制在一定的范围内.因此采用模糊控制理论,设计了单输入一单输出的模糊控制系统,根据容许的ΔS/P,反馈调整刀盘推力,使之保持在最优的范围内工作,不断产生最优切深.工程应用表明,该模型能较好地指导TBM操作,将盘形滚刀切深控制在最优范围内,获得了较快的掘进速率和良好的经济效益. 展开更多
关键词 TBM 盘形滚刀 刀间距 最优切深 推力 模糊数学 动态控制
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基于载荷分析的滚刀布局研究 被引量:7
17
作者 刘建琴 秦得昌 郭伟 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期28-34,共7页
针对硬岩掘进机滚刀载荷、刀盘转速以及刀具布局问题,综合考虑滚刀破岩运动形式和破岩机理,应用非线性有限元分析软件ABAQUS建立了滚刀回转切削模型.与线性切削模型相比,该模型可以更加真实地模拟滚刀工作情况,利用试验数据验证仿真模... 针对硬岩掘进机滚刀载荷、刀盘转速以及刀具布局问题,综合考虑滚刀破岩运动形式和破岩机理,应用非线性有限元分析软件ABAQUS建立了滚刀回转切削模型.与线性切削模型相比,该模型可以更加真实地模拟滚刀工作情况,利用试验数据验证仿真模型的正确性与可行性.在此基础上,研究了滚刀侧向力与安装半径的关系,以及滚刀载荷、比能与操作参数的关系,分析了相邻滚刀在两种布置情况下的载荷变化.结果表明:滚刀侧向力随着安装半径变小而变大;滚刀的垂直力和滚动力随刀盘转速增加而增大,并且转速和切深之间存在最优的组合关系.最后,改进滚刀的安装形式;结合等磨损的原则,提出了内侧滚刀超前外侧滚刀的布置方法. 展开更多
关键词 盘形滚刀 回转切削 滚刀载荷 滚刀布局
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TBM刀盘缩尺试验台设计及其静动态特性分析 被引量:3
18
作者 霍军周 李广庆 +2 位作者 吴瀚洋 孙伟 孙晓龙 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期713-717,723,共6页
由于实际TBM刀盘的直径较大(直径6 m以上),采用等比例实物刀盘进行相关实验研究代价较大且难实现,因此进行TBM刀盘缩尺模型研究有助于刀盘结构优化和延寿设计等研究的开展。依据相似理论,建立了TBM刀盘的材料、几何、载荷和动力等特征... 由于实际TBM刀盘的直径较大(直径6 m以上),采用等比例实物刀盘进行相关实验研究代价较大且难实现,因此进行TBM刀盘缩尺模型研究有助于刀盘结构优化和延寿设计等研究的开展。依据相似理论,建立了TBM刀盘的材料、几何、载荷和动力等特征量相似参数集合,依据TBM刀盘实际掘进过程中的各项参数及多点冲击分布载荷特点,获取TBM刀盘缩尺试验平台的设计参数,构建了一套具有多种刀盘分体结构和刀具布置方式的TBM刀盘缩尺试验平台。运用Ansys Workbench和ADAMS软件对试验台进行静动力学仿真,得到缩尺刀盘刚度和阻尼与理论值相比误差小于5.3%,缩尺刀盘载荷曲线平均值误差小于4.2%,波动方差误差小于2.9%,验证了缩尺刀盘试验台静动态特性的相似性。 展开更多
关键词 TBM刀盘 试验台 相似理论 缩尺TBM刀盘 加载盘 刀盘刀具 静态特性 动态特性
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静载与冲击加载方式下滚刀破岩特性 被引量:5
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作者 谭青 劳同炳 +3 位作者 张桂菊 张旭辉 易亮 徐顺生 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期101-108,共8页
为了研究在单一恒定静载荷和冲击动载荷这2种情况下盘形滚刀破岩机制,使用颗粒离散元法建立滚刀破岩的二维数值模型。通过控制破岩的垂直载荷,对滚刀破岩动态过程进行分析并研究静载荷、冲击动载荷和冲击次数对滚刀破岩特性的影响,最后... 为了研究在单一恒定静载荷和冲击动载荷这2种情况下盘形滚刀破岩机制,使用颗粒离散元法建立滚刀破岩的二维数值模型。通过控制破岩的垂直载荷,对滚刀破岩动态过程进行分析并研究静载荷、冲击动载荷和冲击次数对滚刀破岩特性的影响,最后通过实验对静载荷下滚刀破岩情形进行验证。研究结果表明:在单一恒定静载荷下,滚刀破岩效果随着静载荷增大而提高;当静载荷达到一定值后,破岩效果提升不明显,存在1个最佳静载荷使破岩效果最优;在冲击动载荷作用下,岩石裂纹扩展情况与静载荷的扩展情况相似,但岩石内部以剪切破坏为主;随着循环冲击动载荷以及施加次数增大,岩石内部产生的裂纹数增大并且有向水平贯穿的趋势,破岩比能耗先减少后变化不大;滚刀在动静载荷作用下比能耗的变化趋势基本一致,冲击动载荷破岩的比能耗比静载荷作用下的比能耗高,大约是静载荷破岩比能耗的1.4倍。 展开更多
关键词 滚刀 颗粒流 破岩特性 比能耗 静载荷 冲击动载荷
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碟盘刀具振动切削煤岩的理论力学模型与载荷特性 被引量:16
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作者 刘春生 李德根 袁昊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期3015-3023,共9页
针对煤岩机械刀具破碎煤岩寿命和效率低的问题,提出一种具有轴向振动与径向切削破碎煤岩的方法,为探明碟盘刀具在轴向振动与径向切削破碎煤岩的力学特性,通过分析煤岩崩落面积、当量崩落角、载荷的集中力及其作用位置角,以单位断裂面上... 针对煤岩机械刀具破碎煤岩寿命和效率低的问题,提出一种具有轴向振动与径向切削破碎煤岩的方法,为探明碟盘刀具在轴向振动与径向切削破碎煤岩的力学特性,通过分析煤岩崩落面积、当量崩落角、载荷的集中力及其作用位置角,以单位断裂面上受力极限强度和最小能量法的准则,构建碟盘刀具破碎煤岩力学模型。基于扩展线性Drucker-Prager塑性本构模型,采用ABAQUS软件模拟碟盘刀具破碎煤岩的应力云图和载荷特性,在振动切削试验台上通过设定振动频率和振幅等参数测试不同切削厚度下的碟盘刀具破碎煤岩的载荷谱,提取数值模拟和试验碟盘刀具破碎煤岩的载荷特征,对比分析理论模型计算值与数值模拟载荷峰值均值和数值模拟峰值的均值。结果表明:碟盘刀具破碎煤岩的破裂范围呈现月牙状,由中间向两侧递减;振动切削煤岩时其径向载荷明显小于单作用径向切削煤岩的载荷;碟盘刀具在轴向振动与径向切削时不同切削厚度径向载荷理论模型计算值与数值模拟载荷峰值均值的平均误差为9.12%,与试验载荷峰值均值的平均误差为4.88%;轴向载荷理论模型计算值与数值模拟载荷峰值均值的平均误差为9.25%,与试验载荷峰值均值的平均误差为8.34%。通过数值模拟和试验研究验证了碟盘刀具理论模型的准确性。 展开更多
关键词 碟盘刀具 采掘机械 载荷特性 理论模型 振动与切削
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