盾构切刀切削软岩磨损模型和磨损特性分析

研究目的:为了研究盾构切刀在切削软岩过程中的磨损特性和磨损影响因素,分析切刀与软岩作用下前刀刃面和后刀刃面的接触应力,并结合切刀切削过程中的运动轨迹,建立切刀切削软岩磨损模型。本文分析切深、转速和切刀前、后角对刀刃磨损量的影响,并通过试验进行验证。研究结论:建立的切刀刀刃磨损模型,理论分析和试验结果表明:(1)随着切深的增加,切刀刀刃磨损量增加;(2)随着切刀前角的增加,切刀刀刃的磨损量减小;(3)随着切刀后角的增加,切刀刀刃磨损量减小;(4)在切刀切削距离一定的情况下,刀盘转速对切刀磨损量的影响不大;(5)试验结果与理论模型分析结果基本一致,可以验证理论磨损模型的正确性;(6)本研究成果可为盾构切刀的磨损研究和切刀的结构设计提供借鉴和参考。

盾构切刀硬质合金与钢基体钎焊残余应力

针对盾构切刀容易出现焊接裂纹以及残余应力过大导致刀具切削时合金容易剥落的难题,建立了切刀钎焊热力耦合过程有限元分析模型,通过模拟计算和X射线衍射仪对残余应力进行试验验证,研究不同焊接结构切刀的钎焊温度场和残余应力场.研究结果表明,切刀刀头钎焊后冷却过程中温度场呈现梯度分布.当钎料厚度为0.25 mm时,刀头应力危险区残余应力最小,160 mm刃宽切刀的合金块数设计为3块可降低焊接残余应力、提高焊接强度.残余应力试验结果与数值模拟结果趋势基本吻合,钢基体表面为压应力.

盾构切刀有限元数值模拟研究

盾构刀盘的设计对盾构机切削土体的切削效率起着至关重要的作用。通过对盾构刀盘切刀的仿真研究,为刀盘的地质适应性设计和盾构机掘进参数的确定提供参考。使用UG软件建立了切刀和土体的三维模型,并基于ABAQUS软件对模型进行网格划分与分析,采用修正的Drucker-Prager本构模型和带有单元删除功能的损伤模型,可以较为实际的模拟出土体的材料特性,为建立刀盘掘进的数值模拟提供土体和材料的数值仿真方法。同时结合有限元动态接触的特性,得到了切刀载荷随时间的变化规律。

不同结构参数下盾构切刀切削土体数值模拟研究

基于ABAQUS有限元分析软件,采用ALE算法和线性Drucker-Prager土体塑性本构模型,利用具有单元删除功能的剪切失效准则,建立盾构切刀切削土体的三维仿真模型,研究不同切削参数条件下刀具切削土体过程中土屑的流动状态和刀具切削力的变化规律。研究结果表明:在不同的切深状况下,总的切削力变化并不大,但随着切深的增大,已切削土屑的分离度降低甚至不分离;随着刀宽的增大,切削力也随之增大,但土屑的流动性降低;随着前角的增大,切屑的破碎状态和流动性降低,导致堆积在切刀的刀刃处,阻碍切削的持续进行。

盾构切刀磨损特性研究与实时监测

在分析盾构过程中切刀磨损失效和磨损类型的基础上,基于盾构切刀的受力分析和运动分析,引入了切刀磨损预测模型;建立了盾构切刀前角和切深对盾构切刀磨损量的相关关系;设计了切刀磨损在线监测系统,对磨损量进行实时监测。通过某过江通道盾构区间的实际工程,验证了盾构掘进参数和几何参数对预测模型的正确性。该模型具有预测掘进参数和切刀结构参数对切刀磨损量预测的能力,能够在一定程度上预测换刀时间。