考虑地质适宜性和滚刀直径的TBM刀具消耗预测

刀具消耗是TBM施工成本管理的重要研究内容。将影响刀具消耗的主要因素归纳为地质条件、机械因素和掘进参数3个方面,在此基础上讨论了刀具消耗与围岩等级、TBM工作条件等级之间的关系。在总结和分析利用TBM工作条件等级进行刀具消耗预测研究的基础上,对拟合函数进行优化,并引入滚刀直径影响因子,构建同时考虑地质适宜性和滚刀直径的TBM刀具消耗预测方法。通过对兰州水源地建设工程输水隧洞TBM1掘进段的刀具消耗分析,验证提出的TBM刀具消耗预测方法的合理性。研究结果表明:1)TBM工作条件等级可以反映TBM掘进性能和地质适宜性特点;2)拟合函数ln(x-1)和ln x更适合描述和预测刀具消耗规律;3)滚刀直径对刀具消耗具有一定影响,滚刀直径越大,刀具消耗越小;4)同时考虑地质适宜性和滚刀直径的TBM刀具消耗预测模型的计算结果更接近实际耗刀率;5)刀具消耗与岩体完整性密切相关,与实际耗刀率相比,Ⅱ类围岩的预测计算结果略高,而Ⅲ类围岩的预测计算结果略低。

滚刀直径对引汉济渭秦岭隧洞TBM刀具磨损影响实验研究

引汉济渭工程秦岭输水隧洞TBM掘进施工在试掘进阶段因遭遇高磨蚀性硬岩地层,滚刀发生异常磨损,施工进度严重滞后于计划进度。为了降低刀具的磨损,必须研究刀具磨损的影响因素,而滚刀直径的大小对滚刀的磨损较为敏感。结合工程实例及岩性,通过缩尺滚刀实验,对不同滚刀直径下的滚刀磨损进行实验分析,结果表明,滚刀直径的变化对其磨损速度影响不明显,但在高磨蚀硬岩地层中,小直径滚刀容易发生卷边而导致磨损量逐步增大,大直径滚刀可以增加滚刀的允许磨损量,延长滚刀使用时间。

蜗轮滚刀设计方法研究

目前国内蜗轮滚刀的设计原则和方法与先进工业国相比尚不完善。没有明确、完整的蜗轮滚刀设计公式和滚刀刃磨后的滚切加工参数公式。首先介绍了蜗轮滚刀设计的基本原则,引入了美国蜗轮滚刀增量的设计公式以及滚刀刃磨后加工参数的调整,并用计算机仿真技术分析了实际蜗轮齿面与理论齿面的误差分布,为国内蜗轮滚刀设计和蜗轮滚切加工提供了先进技术。

蜗轮齿面滚切误差及调整

目前国内企业应用的蜗轮滚刀有两种:外径增量滚刀和节圆直径增量滚刀,外径增量滚刀使用寿命短,已被大部分工业发达国家淘汰。节圆增量滚刀需在滚切蜗轮齿面时设定安装偏角和加工中心距,并且随着滚刀的刃磨,滚刀节圆减小,滚刀安装偏角和加工中心距也需再计算调整。不正确的安装偏角和加工中心距将导致蜗轮齿面误差。介绍了滚刀刃磨后计算上述两个机床参数的公式,分析了不正确机床参数引起的蜗轮齿面误差。通过单头和四头蜗轮蜗杆副的两个算例为读者揭示了蜗轮齿面误差的分布,由此提供了纠正机床参数误差的依据。