TBM双滚刀破岩过程模拟及刀圈结构设计

为研究TBM盘形滚刀作用下岩石的破碎过程及刀圈结构参数对破岩过程的影响,利用离散元方法建立了双滚刀线性切削岩石三维模型,研究了不同因素影响下岩石的接触力、微观裂纹扩展及破碎颗粒生成规律;分析了刀刃宽及刀刃角对破岩过程的影响,建立了刀圈结构参数与破岩效率的映射关系;结果显示岩石微观破坏以张拉破坏为主,裂纹呈加速扩展趋势;刀圈结构参数刃宽及刃角对于破岩过程均有影响,其中前者的影响较为明显。刃宽增大导致滚刀受力及破岩体积均明显增大,而刃角对于这两者的影响相对较小。基于以上映射关系,以17寸滚刀为例,进行了结构参数设计,获得了最优的滚刀刃宽和刃角。

微型掘进机滚刀刀圈的结构设计及疲劳寿命分析

以微型隧道掘进机窄型平刃刀圈为研究对象,根据滚刀的受力特点进行结构设计,然后在Workbench协同仿真平台下进行应力计算和疲劳寿命预测。研究表明:设计的最大工作载荷为100k N的滚刀刀圈完全满足疲劳寿命要求;经过一定的循环次数后,疲劳破坏首次出现在刀圈的最大变形处;刀圈的疲劳寿命受作用载荷的大小和变化幅度的共同影响。这为微型掘进机在短距离、小洞径隧道的广泛应用,提供了理论依据。