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Differentiation and analysis on rock breaking characteristics of TBM disc cutter at different rock temperatures 被引量:5
1
作者 谭青 张桂菊 +1 位作者 夏毅敏 李建芳 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第12期4807-4818,共12页
In order to study rock breaking characteristics of tunnel boring machine(TBM) disc cutter at different rock temperatures,thermodynamic rock breaking mathematical model of TBM disc cutter was established on the basis o... In order to study rock breaking characteristics of tunnel boring machine(TBM) disc cutter at different rock temperatures,thermodynamic rock breaking mathematical model of TBM disc cutter was established on the basis of rock temperature change by using particle flow code theory and the influence law of interaction mechanism between disc cutter and rock was also numerically simulated.Furthermore,by using the linear cutting experiment platform,rock breaking process of TBM disc cutter at different rock temperatures was well verified by the experiments.Finally,rock breaking characteristics of TBM disc cutter were differentiated and analyzed from microscale perspective.The results indicate the follows.1) When rock temperature increases,the mechanical properties of rock such as hardness,and strength,were greatly reduced,simultaneously the microcracks rapidly grow with the cracks number increasing,which leads to rock breaking load decreasing and improves rock breaking efficiency for TBM disc cutter.2) The higher the rock temperature,the lower the rock internal stress.The stress distribution rules coincide with the Buzin Neske stress circle rules: the maximum stress value is below the cutting edge region and then gradually decreases radiant around; stress distribution is symmetrical and the total stress of rock becomes smaller.3) The higher the rock temperature is,the more the numbers of micro,tensile and shear cracks produced are by rock as well as the easier the rock intrusion,along with shear failure mode mainly showing.4) With rock temperature increasing,the resistance intrusive coefficients of rock and intrusion power decrease obviously,so the specific energy consumption that TBM disc cutter achieves leaping broken also decreases subsequently.5) The acoustic emission frequency remarkably increases along with the temperature increasing,which improves the rock breaking efficiency. 展开更多
关键词 tunnel boring maching(TBM) disc cutter rock temperature rock breaking characteristic numerical simulation
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矿用硬岩巷道机械化掘进破岩形式研究现状及展望 被引量:2
2
作者 李潮 鲁义强 +2 位作者 陈召 易海洋 王明耀 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期259-268,共10页
硬岩巷道快速掘进是实现煤矿智能高效开采的重要环节,悬臂掘进机、TBM和底切割装备都在尝试解决这一难点,掘进技术和装备的发展直接影响采矿的安全生产和经济效益。首先,总结了悬臂掘进机在硬岩截割工况的适用范围和截齿消耗现状,分析... 硬岩巷道快速掘进是实现煤矿智能高效开采的重要环节,悬臂掘进机、TBM和底切割装备都在尝试解决这一难点,掘进技术和装备的发展直接影响采矿的安全生产和经济效益。首先,总结了悬臂掘进机在硬岩截割工况的适用范围和截齿消耗现状,分析截割破岩形式的现场试验,发现在较高的岩石强度条件下,截齿消耗量较正常磨损翻倍,掘进速度与开采速度的不匹配,严重制约了矿井生产。其次,分析了滚刀破岩形式和装备在矿山领域的应用和新产品现状,得出移动式矿用掘进设备采用滚刀挤压破岩,块状渣土少,粉末多,刀盘推力小,导致破岩能力不足。最后,分析了线性底切割破岩技术和非线性底切割技术的原理和装备研发现状。结果表明:随着振荡频率的提高,切削力显著降低,非线性底切割破岩单位体积消耗能量少,优势明显。但在硬岩条件下的掘进效率、设备稳定性等关键问题有待验证,非线性底切割技术有望突破未来矿山硬岩掘进的技术难题。 展开更多
关键词 硬岩巷道 掘进技术 破岩形式 截齿破岩 滚刀破岩 底切割技术
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盾构机扁齿型和球齿型镶齿滚刀破岩性能对比研究 被引量:1
3
作者 陈辰 郭宏海 +1 位作者 傅杰 罗星臣 《人民长江》 北大核心 2024年第8期174-179,186,共7页
盾构机在复杂地质条件下施工时,易出现刀具磨损严重、刀具消耗量大和掘进效率低等一系列问题。为了明晰不同岩石特性下镶齿滚刀破岩性能变化规律,提高镶齿滚刀破岩效率和使用寿命,保证水利隧洞工程安全高效施工,基于非线性有限元动力学... 盾构机在复杂地质条件下施工时,易出现刀具磨损严重、刀具消耗量大和掘进效率低等一系列问题。为了明晰不同岩石特性下镶齿滚刀破岩性能变化规律,提高镶齿滚刀破岩效率和使用寿命,保证水利隧洞工程安全高效施工,基于非线性有限元动力学软件,开展了不同岩石特性下扁齿型和球齿型镶齿滚刀破岩仿真模拟。通过多组仿真模拟,探究了不同岩石特性下两种镶齿滚刀和贯入度的最优组合,并通过室内破岩试验对仿真结果进行了验证。研究结果表明:凝灰岩地质条件下扁齿型和球齿型镶齿滚刀破岩载荷差异性较小,但球齿型镶齿滚刀破岩效率更高;砂岩和花岗岩地质条件下,扁齿型镶齿滚刀贯入岩石能力更强,可进一步提升滚刀破岩效率。此外,在不同岩石特性下,两种镶齿滚刀破岩比能耗均随着贯入度的增大而呈现出先减小后增大的趋势,并在贯入度6 mm左右出现最小值。研究结果可为隧道工程的盾构机刀具选型提供参考。 展开更多
关键词 盾构机 镶齿滚刀 岩石特性 破岩性能 有限元方法
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碟盘刀具截割姿态倾角与破岩模式特征
4
作者 刘春生 程硕 +3 位作者 刘延婷 徐鹏 刘若涵 郝鑫 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1183-1198,共16页
刀具破岩模式识辨是提高截割能力的关键基础,而刀具截割姿态对破岩模式影响显著,探究截割姿态与破岩模式之间的内在关联,反演低能耗、高效能破岩的最佳截割姿态参数。基于碟盘刀具轴向向上振动时楔面作用岩石的大块崩落状态,在非线性岩... 刀具破岩模式识辨是提高截割能力的关键基础,而刀具截割姿态对破岩模式影响显著,探究截割姿态与破岩模式之间的内在关联,反演低能耗、高效能破岩的最佳截割姿态参数。基于碟盘刀具轴向向上振动时楔面作用岩石的大块崩落状态,在非线性岩石破坏准则的基础上,根据Mohr-Coulomb准则给出了岩石拉剪耦合破坏条件,扩展延伸成三段式线性岩石破坏全域准则(拉破坏、拉剪耦合破坏、剪破坏、压剪耦合破坏和压破坏),给出了不同破岩模式下刀具楔面挤压应力的数学描述,基于楔面作用的最小能量原则提出了破岩模式识辨方法,构建了刀具倾斜姿态截割岩石的载荷模型,并通过数值模拟和实验分析了不同截割姿态倾角下刀具载荷特性和岩石破碎特征(岩石块率分布和粉尘粒度分布)与破岩模式之间的关联特性。结果表明:碟盘刀具楔面能耗表征值与姿态倾角呈正比,破岩模式由拉剪耦合破坏向压剪耦合破坏转变;振动截割时刀具楔面能耗表征值明显小于无振动截割,且多以拉剪耦合破坏为主,而无振动截割时拉剪、压剪耦合破坏近似等比存在;当轴向速度楔面分量大于进给速度楔面分量时,摩擦力转变为破岩助力,楔面能耗明显下降;碟盘刀具破碎岩石宏观形态呈大块月牙状,岩粉细观形态呈类多面体和类球状,刀具姿态倾角与岩石碎片量呈反比,与岩粉量呈正比(类球状粉尘减少、类多面体粉尘增加),表明姿态倾角增大,刀具齿刃碾挤压作用减弱,楔面挤压产生粉尘能耗增加,与破岩模式识辨过程中截割姿态对楔面能耗的影响规律相一致;碟盘刀具径向载荷与姿态倾角呈下凹规律,理论和模拟与实验径向载荷规律具有一致性,其平均误差分别为8.46%和9.55%,验证了碟盘刀具破岩模式识辨方法、倾斜姿态截割岩石的载荷模型和数值模拟的合理性。 展开更多
关键词 碟盘刀具 截割姿态 破岩模式 应力耦合破坏 破碎特征
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铁路隧道TBM破碎岩石机理及破岩力影响因素研究
5
作者 黄仟 《江苏建筑职业技术学院学报》 2024年第1期26-31,共6页
为了解决TBM盘形滚刀破碎的问题,提高滚刀的破岩效率,以新建兰州至重庆铁路西秦岭隧道作为研究案例,通过数学物理方法求解滚刀在岩体受压破坏阶段和剪切破坏阶段的破岩力,并分析滚刀几何参数和岩体力学参数对破岩力的影响。研究结果表明... 为了解决TBM盘形滚刀破碎的问题,提高滚刀的破岩效率,以新建兰州至重庆铁路西秦岭隧道作为研究案例,通过数学物理方法求解滚刀在岩体受压破坏阶段和剪切破坏阶段的破岩力,并分析滚刀几何参数和岩体力学参数对破岩力的影响。研究结果表明,不同刀刃半角的盘形滚刀破岩力随贯入度均呈现明显的非线性增加后趋于收敛的趋势,盘形滚刀破岩力随着刀刃半角的增加而增加,刀刃半角超过12°时,滚刀破岩力急剧增加;在刀盘每转贯入度<2 mm时,盘形滚刀的破岩力随贯入度增加呈非线性增加,而刀盘每转贯入度≥2 mm后,则呈线性增加;内聚力对盘形滚刀破岩力的影响与内摩擦角规律一致。 展开更多
关键词 TBM 盘形滚刀 破岩机理 破岩效率 内摩擦角 刀刃半角 内聚力
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盘形滚刀对TBM破岩效率的影响参数分析及优化设计
6
作者 周亚来 詹金武 +3 位作者 邵顺安 郑晋溪 刘国 武玉娇 《福建理工大学学报》 CAS 2024年第1期8-15,共8页
为探究盘形滚刀形式对TBM破岩效率的影响,依托福州滨海快线工程项目,利用ABAQUS创建盘形滚刀破岩模型,通过优化单刃滚刀结构参数,分析多滚刀破岩方式对掘进效率的影响。结果表明:刃宽和贯入度对滚刀破岩的影响最大,随着刃宽和贯入度增加... 为探究盘形滚刀形式对TBM破岩效率的影响,依托福州滨海快线工程项目,利用ABAQUS创建盘形滚刀破岩模型,通过优化单刃滚刀结构参数,分析多滚刀破岩方式对掘进效率的影响。结果表明:刃宽和贯入度对滚刀破岩的影响最大,随着刃宽和贯入度增加,滚刀受到的滚动力、垂直力和破岩体积逐渐增大,并在刃宽20 mm、贯入度10 mm时,达到最佳破岩效果;双滚刀下采用同步破岩的效率要明显高于顺次破岩,其最优刀间距为60 mm;随着四滚刀回转半径增加,滚刀受到的切向力、垂直力和合力均增大,侧向力呈现先增大后减小的趋势,在回转半径350 mm处达到最大。研究成果可为福州滨海快线项目TBM滚刀选型及施工方案优化设计提供依据。 展开更多
关键词 ABAQUS数值模拟 滚刀结构参数 刀间距 回转破岩
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切缝辅助滚刀破岩临界间距试验及预测模型研究
7
作者 唐崇茂 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第3期1131-1137,共7页
提高坚硬岩石条件下滚刀破岩能力是隧道施工的长期追求目标,而采用水射流辅助滚刀破岩可有效降低岩石开挖难度和刀具载荷,是一种很有前景的新型破岩技术。针对水射流切缝辅助滚刀破岩这一方式,首先采用破岩试验验证了切缝间距对切缝辅... 提高坚硬岩石条件下滚刀破岩能力是隧道施工的长期追求目标,而采用水射流辅助滚刀破岩可有效降低岩石开挖难度和刀具载荷,是一种很有前景的新型破岩技术。针对水射流切缝辅助滚刀破岩这一方式,首先采用破岩试验验证了切缝间距对切缝辅助滚刀破岩效果的影响,证明在岩石材料、贯入度、切缝深度一定条件下,切缝辅助滚刀破岩存在一个临界间距,当切缝间距小于临界间距时,切缝侧才能发生贯通破碎;然后采用岩石剪切破坏理论分析并提出了一个线性化临界间距计算模型,该模型表明临界间距的大小与切缝深度L和贯入度H的差值(L-H)线性线性相关。 展开更多
关键词 滚刀破岩 水射流 切缝辅助破岩 临界间距 预测模型
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Rock deformation equations and application to the study on slantingly installed disc cutter 被引量:16
8
作者 Zhao-Huang Zhang Liang Meng Fei Sun 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第4期540-546,共7页
At present the mechanical model of the interac- tion between a disc cutter and rock mainly concerns indentation experiment, linear cutting experiment and tunnel boring machine (TBM) on-site data. This is not in line... At present the mechanical model of the interac- tion between a disc cutter and rock mainly concerns indentation experiment, linear cutting experiment and tunnel boring machine (TBM) on-site data. This is not in line with the actual rock-breaking movement of the disc cutter and impedes to some extent the research on the rock-breaking mechanism, wear mechanism and design theory. Therefore, our study focuses on the interaction between the slantingly installed disc cutter and rock, developing a model in accordance with the actual rock-breaking movement. Displacement equations are established through an analysis of the velocity vector at the rock-breaking point of the disc cutter blade; the func- tional relationship between the displacement parameters at the rock-breaking point and its rectangular coordinates is established through an analysis of micro-displacement vectors at the rock-breaking point, thus leading to the geometric equations of rock deformation caused by the slantingly installed disc cutter. Considering the basically linear relationship between the cutting force of disc cutters and the rock deformation before and after the leap break of rock, we express the constitutive relations of rock deformation as generalized Hooke's law and analyze the effect of the slanting installa- tion angle of disc cutters on the rock-breaking force. This will, as we hope, make groundbreaking contributions to the development of the design theory and installation practice of TBM. 展开更多
关键词 TBM disc cutter· Geometric equation Slant-ingly installed Rock-breaking
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离心式投饲机抛料盘对饲料破碎率的影响 被引量:1
9
作者 张丽珍 朱倓 《中国农业科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期107-116,共10页
为研究离心式投饲机中抛料盘对饲料破碎率的影响,通过分析饲料颗粒在抛料盘上的运动,确定影响破碎率的因素。利用EDEM软件建立饲料颗粒黏结模型进行单因素试验,得到各个因素对破碎率的影响情况。根据单因素结果设计并进行三因素三水平... 为研究离心式投饲机中抛料盘对饲料破碎率的影响,通过分析饲料颗粒在抛料盘上的运动,确定影响破碎率的因素。利用EDEM软件建立饲料颗粒黏结模型进行单因素试验,得到各个因素对破碎率的影响情况。根据单因素结果设计并进行三因素三水平正交试验,建立饲料破碎率与抛料盘肋板个数、抛料盘倾角、肋板曲率半径等因素之间的二次多元回归模型并解析,后对离心盘的结构参数进行优化。结果表明,各因素对饲料破碎率影响的大小顺序依次为:肋板曲率半径>肋板个数>抛料盘倾角。肋板个数与肋板曲率半径交互作用对破碎率的影响较为明显。经回归分析和优化可知,当肋板个数为6个、抛料盘倾角为12.8°、肋板曲率半径为71.5mm时,破碎率达到最小值2.13%;验证结果表明,优化后的抛料盘使饲料破碎率平均降低38.8%。研究结果可以为离心式投饲机抛料盘的性能优化提供参考。 展开更多
关键词 投饲机 抛料盘 因素 破碎率 EDEM
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基于盘形滚刀破岩模型的数值试验分析 被引量:2
10
作者 耿麒 张泽宇 +2 位作者 张志峰 马登成 叶敏 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2023年第10期135-140,177,共7页
针对室内试验研究盘形滚刀破岩过程的成本高、周期长、不便于重复性教学演示的问题,可采用数值试验方法作为辅助或替代,揭示滚刀破岩机制、优化滚刀结构和切削参数。该文使用显式动力学数值方法,结合有限元和光滑粒子流体动力学,建立盘... 针对室内试验研究盘形滚刀破岩过程的成本高、周期长、不便于重复性教学演示的问题,可采用数值试验方法作为辅助或替代,揭示滚刀破岩机制、优化滚刀结构和切削参数。该文使用显式动力学数值方法,结合有限元和光滑粒子流体动力学,建立盘形滚刀切削岩石的三维数值试验模型,采用基于Rankine失效准则的摩尔-库伦弹塑性本构模型开展缩尺的滚刀线性切削试验,验证数值试验模型的可靠性。以双刀顺次回转破岩模型为例,分析了岩石破裂过程与滚刀载荷曲线。研究表明:在盘形滚刀切削下,岩石表面形成了条形破碎槽,同时在滚刀两侧及下方出现裂纹;随着裂纹延伸至岩石表面,许多小块的岩碴被剥离;使用数值试验方法分析盘形滚刀破岩过程,可以清晰地模拟密实核传力演化、裂纹萌生扩展、岩碴剥离飞溅、载荷阶跃波动等物理现象,有助于学生深入理解盘形滚刀破岩机制。 展开更多
关键词 盘形滚刀 破岩 数值试验 室内试验 密实核演化
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磨料水射流辅助与常规工况下滚刀破岩特性对比研究 被引量:1
11
作者 张金良 罗星臣 +3 位作者 杨风威 傅杰 夏毅敏 罗南川 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期333-340,共8页
为了研究磨料水射流辅助与常规工况下滚刀破岩特性的差异性,开展了两种工况下的破岩试验,对比分析了不同切削间距下岩石破碎状态、破岩载荷以及破岩效率的差异性。研究结果表明,相较于传统滚刀破岩,磨料水射流辅助滚刀破岩可提高滚刀贯... 为了研究磨料水射流辅助与常规工况下滚刀破岩特性的差异性,开展了两种工况下的破岩试验,对比分析了不同切削间距下岩石破碎状态、破岩载荷以及破岩效率的差异性。研究结果表明,相较于传统滚刀破岩,磨料水射流辅助滚刀破岩可提高滚刀贯入硬岩的能力,促使裂纹在岩体内部的拓展,产生大尺寸岩渣。磨料水射流辅助下滚刀垂直力和滚动力均明显低于常规滚刀破岩,平均下降了39%和25%,同时,磨料水射流辅助下滚刀破岩量增多,破岩效率进一步提高,约为常规滚刀破岩效率的1倍~2倍。研究结果为提高硬岩地质条件下滚刀破岩性能,实现隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)的高效掘进提供参考。 展开更多
关键词 隧道掘进机(TBM) 滚刀 水射流 破岩
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TBM滚刀贯入度对破岩效能的影响规律研究
12
作者 冀国栋 付柏毅 +4 位作者 章慧健 耿麒 王立川 王灿林 胡恒千 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4755-4768,共14页
合理设置TBM贯入度参数对于特定地质条件下的掘进效率至关重要。为研究TBM盘型滚刀在不同贯入度下的破岩效果,采用自主研发的滚刀破岩缩尺试验平台,在不同边界条件下对花岗岩开展盘型滚刀线性切割试验,通过使用FEM(finite element meth... 合理设置TBM贯入度参数对于特定地质条件下的掘进效率至关重要。为研究TBM盘型滚刀在不同贯入度下的破岩效果,采用自主研发的滚刀破岩缩尺试验平台,在不同边界条件下对花岗岩开展盘型滚刀线性切割试验,通过使用FEM(finite element method)和SPH(smooth particle hydrodynamics)相耦合的数值模拟方法重现相关试验以验证模型的合理性,并在此基础上建立原尺双滚刀回旋破岩三维数值模型,研究TBM盘型滚刀不同贯入度下对花岗岩的破岩效果。研究结果表明:有侧限条件下滚刀受力和岩碴体积往往更大,且相邻贯入度之间的法向力和岩碴体积增长幅度随着贯入度的增大而减小,但无侧限条件下的破岩效率更高;滚刀破岩过程是阶跃性的,岩碴的产生主要集中在滚刀荷载跌落阶段,无论刀侧是否存在限制,刀下岩石均被碾压至极细的粉末,刀侧岩石崩出,且岩碴的大小与滚刀荷载跌落幅度正相关;刀下岩石破坏区域近似呈“V”形,随着贯入度的增大,滚刀间的“V”形破坏区域持续向安装半径内侧倾斜;滚刀破岩效率随着贯入度的增大先提高后减小,针对试验岩样,最佳贯入度为2~4mm;本研究所采用滚刀破岩缩尺试验与FEM-SPH数值模拟相结合的方法可以很好地重现花岗岩破裂过程,且两者切削力相对误差均在10%以内,可以为后续TBM滚刀破岩研究提供一定参考。 展开更多
关键词 TBM滚刀 滚刀破岩实验 数值模拟 贯入度 比能
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中风化泥、砂岩复合地层盾构滚刀磨损机理及预测分析 被引量:2
13
作者 汪海波 朱庆海 +2 位作者 杨永庆 卢文东 罗柯柯 《工具技术》 北大核心 2023年第3期92-96,共5页
针对盾构施工过程中滚刀的磨损机理及磨损量预测展开研究,确定合理的开仓换刀时机,基于磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损三种滚刀磨损机理,结合CSM理论公式计算得到滚刀法向力,建立滚刀径向磨损高度理论计算模型,将滚刀径向磨损高度拟合数... 针对盾构施工过程中滚刀的磨损机理及磨损量预测展开研究,确定合理的开仓换刀时机,基于磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损三种滚刀磨损机理,结合CSM理论公式计算得到滚刀法向力,建立滚刀径向磨损高度理论计算模型,将滚刀径向磨损高度拟合数据与现场实测数据进行对比分析。结果表明:滚刀磨损量中,磨粒磨损占比最高,黏着磨损其次,疲劳磨损占比最低。预测滚刀磨损数据与现场实测磨损数据相对误差不超过14.5%,说明该模型对于中风化泥、砂岩复合地层预测滚刀磨损有较好的准确性。 展开更多
关键词 盾构滚刀 破岩性能 磨损机理 磨损预测
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滚刀-高移速水射流耦合切削极硬花岗岩试验与模拟研究 被引量:5
14
作者 贺飞 张金良 +2 位作者 鲁义强 罗星臣 夏毅敏 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1187-1203,共17页
目前,全断面隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀与高压水射流耦合破岩研究中,水射流切槽大多由低移速水射流切割而成,这与实际情况下耦合在TBM刀盘上的高移速水射流所制备的切槽不同,进而影响滚刀-水射流耦合破岩结果的可靠性... 目前,全断面隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀与高压水射流耦合破岩研究中,水射流切槽大多由低移速水射流切割而成,这与实际情况下耦合在TBM刀盘上的高移速水射流所制备的切槽不同,进而影响滚刀-水射流耦合破岩结果的可靠性。针对上述问题,采用2种喷嘴直径(0.5 mm和0.7 mm)、3种移速(1.8,2.4和3.0 m/s)的高移速水射流,耦合小尺度TBM滚刀(刃宽为2.3 mm和直径为43.2 mm),对极硬花岗岩进行切削试验,研究不同切削模式下的岩石破碎效果、滚刀法向力以及破岩比能的变化规律,同时开展全尺度滚刀与高移速水射流切槽耦合破岩的数值模拟,作为小尺度破岩试验的补充。研究结果表明:高移速水射流切槽的底长和高度随喷嘴直径的增大而增大,随喷嘴移速的增大而减小;在共轨破岩试验中,小滚刀下方岩石被高移速水射流部分移除,导致破岩载荷和破岩效率降低;在错轨破岩试验中,当小滚刀与水射流切槽间距大于15 mm时,水射流切槽辅助滚刀破岩效果趋于消失,当间距为12 mm时,水射流切槽辅助滚刀破岩效果最显著,破岩比能比纯滚刀切削降低68%;由于高移速水射流切槽小、滚刀刃宽大,导致切槽对滚刀破岩的辅助效果很小。为提升高移速水射流辅助TBM滚刀破岩效果,建议提升水射流的切割能力从而提升切槽深度,适当减小滚刀刃宽从而提升滚刀贯入岩石的能力,适当减小滚刀与切槽间距从而发挥切槽临空辅助破岩作用。 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机 滚刀 高移速水射流 破岩试验 颗粒簇离散元方法
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地应力对双刃盘形滚刀破岩效率影响研究
15
作者 雷天衢 杨立云 康一强 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第S02期836-842,851,共8页
全断面掘进机开挖深部地层时滚刀破岩受地应力影响显著。为探究地应力作用下盘形滚刀破岩特征规律,基于颗粒流离散元程序,构建了不同地应力下竖井掘进机双滚刀侵入破岩数值模型。探究了滚刀作用下地应力对岩体内破岩比能耗、裂纹扩展模... 全断面掘进机开挖深部地层时滚刀破岩受地应力影响显著。为探究地应力作用下盘形滚刀破岩特征规律,基于颗粒流离散元程序,构建了不同地应力下竖井掘进机双滚刀侵入破岩数值模型。探究了滚刀作用下地应力对岩体内破岩比能耗、裂纹扩展模式、滚刀受力的影响。结果表明:盘形滚刀破岩过程中,密实核的形成是张拉和剪切共同作用形成,而块状岩渣的形成则是张拉作用导致的结果;围压增大时产生明显的侧向限制作用,破碎区域位置发生变化,裂纹由滚刀的正下方向侧向自由面转移;试验条件下,千枚岩在围压大于30 MPa以后,破碎较为困难;随着地应力的增大,双滚刀破岩的垂直力线性增大,破碎面积线性减小,破岩比能耗线性增大。 展开更多
关键词 地应力 盘形滚刀 破岩 破碎区 裂纹
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TBM主驱动轴承受力分析及应用研究 被引量:2
16
作者 周建军 李帅远 +2 位作者 江益辉 杨延栋 程永龙 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第S01期522-529,共8页
为解决全断面硬岩隧道掘进机(TBM)作业过程中,因主轴承载荷谱预测困难而无法计算主轴承服役寿命的问题,开展基于滚刀-主轴承力流模型预测TBM主轴承载荷谱方法的研究,基于CSM模型与秋三藤三郎模型,建立滚刀破岩载荷预测模型。结合TBM作... 为解决全断面硬岩隧道掘进机(TBM)作业过程中,因主轴承载荷谱预测困难而无法计算主轴承服役寿命的问题,开展基于滚刀-主轴承力流模型预测TBM主轴承载荷谱方法的研究,基于CSM模型与秋三藤三郎模型,建立滚刀破岩载荷预测模型。结合TBM作业工况与刀盘滚刀分布情况,根据理论计算模型与有限元分析模型,建立多工况的刀盘-主轴承力流模型得到原始载荷。考虑TBM强冲击工作环境对载荷谱的影响,对比现场监测振动数据,引入冲击载荷系数,建立计算模型,得到主轴承载荷谱。研究结果表明:1)TBM在全推力工况下的工作时间占比达65%;2)4种工况中轴向力与倾覆力矩变化较大,径向力较为稳定;3)在全推力工况下主轴承主要承受轴向力,最高达到14 374 kN,与有限元分析结果相差5%。最后将计算结果与TBM实际施工数据对比,验证了模型的准确性。 展开更多
关键词 TBM 主轴承 冲击载荷系数 力流模型 滚刀破岩模型
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考虑破岩模式的TBM滚刀破岩力计算模型 被引量:4
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作者 曹久磊 俞缙 +3 位作者 张竹清 冯学卫 常方强 蔡燕燕 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期3300-3311,共12页
滚刀破岩力是研究TBM开挖硬岩隧道效率和安全性的核心参数,提高破岩力计算模型精度的重点在于如何使计算模型与破岩模式相匹配。通过对滚刀破岩过程中不同破岩模式下的裂纹交汇情况及岩片产生的主导因素进行分析,认为协同破岩时岩石主... 滚刀破岩力是研究TBM开挖硬岩隧道效率和安全性的核心参数,提高破岩力计算模型精度的重点在于如何使计算模型与破岩模式相匹配。通过对滚刀破岩过程中不同破岩模式下的裂纹交汇情况及岩片产生的主导因素进行分析,认为协同破岩时岩石主要发生压拉破坏,非协同破岩时主要发生压剪破坏,基于此提出了一种新的刀具荷载计算方法;建立单滚刀及双滚刀线性破岩三维离散元模型,统计不同贯入度下的侧向裂纹扩展长度,以此为基础计算各刀间距和贯入度组合下的理论破岩模式,并通过分析各工况下岩石内部裂纹交汇及其水平应力分布情况,验证了破岩模式划分理论的正确性;以岩石内部裂纹分布特征为基础,提出了协同和非协同破岩模式下破碎岩片体积的计算方法,利用指数函数对岩渣破碎厚度比和刀间距之间的关系进行拟合,定义了协同系数β,并结合新破岩力公式推导出了比能耗表达式。研究发现:由新破岩力模型计算得到的垂直力和滚动力相较于实测值的误差分别为7.3%和11.0%,其相比于CSM和线性计算模型的误差较小;岩石破碎区域取决于破岩模式,协同模式下的破碎区域主要为滚刀之间,非协同模式下为刀刃下方及其两侧;随刀间距增大,岩石内高应力区逐渐分离并出现上移现象且面积下降,最优贯入度增大而最小比能耗值减小,当贯入度增大时,比能耗值先减小后增大,同时比能耗曲线变化趋势和相关破岩试验结果具有一致性。 展开更多
关键词 破岩力计算模型 破岩模式 比能耗 颗粒离散元 盘形滚刀
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高压水射流前方切缝辅助TBM滚刀破岩试验研究 被引量:2
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作者 韩伟锋 《铁道标准设计》 北大核心 2023年第4期130-135,共6页
为提升坚硬岩层TBM滚刀破岩效率,降低滚刀磨损及消耗进而提高TBM整机掘进速度,采用最新研制的高压水射流辅助TBM滚刀破岩试验测试系统,进行坚硬花岗岩水射流先行切割滚刀后行破岩的室内试验,研究同一掌子面相同切深、不同刀间距条件下... 为提升坚硬岩层TBM滚刀破岩效率,降低滚刀磨损及消耗进而提高TBM整机掘进速度,采用最新研制的高压水射流辅助TBM滚刀破岩试验测试系统,进行坚硬花岗岩水射流先行切割滚刀后行破岩的室内试验,研究同一掌子面相同切深、不同刀间距条件下全尺度滚刀的受力规律和破岩特征。结果表明,完整岩石及水射流作用下滚刀的法向力、滚动力和侧向力随刀间距的增加缓慢增加;相比完整岩石,三向力降低幅度分别为19%~41%、10%~34%和16%~59%,破岩体积增加24%~72%,破岩比能降低7%~48%,切割系数升高幅度为6%~17%,且随着刀间距的增加缓慢降低;水射流切缝岩石碎片的尺寸明显增大,但岩粉质量有所降低,岩石破坏多数以张拉破坏为主。 展开更多
关键词 高压水射流切缝 TBM滚刀破岩试验 滚刀三向力 破岩比能 破坏特征
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导光棒切割工艺装备的改进
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作者 张健明 《玻璃纤维》 CAS 2023年第1期19-23,共5页
研究了原有导光棒切割设备存在的若干问题,包括导光棒端面崩边严重,料头多等现象。针对以上问题,重新设计了切割点位置,物料输送方式,增加信号开关解决料头多的问题,以及砂轮片磨损的自动检测和补偿功能。经过试验,很好的解决了原有设... 研究了原有导光棒切割设备存在的若干问题,包括导光棒端面崩边严重,料头多等现象。针对以上问题,重新设计了切割点位置,物料输送方式,增加信号开关解决料头多的问题,以及砂轮片磨损的自动检测和补偿功能。经过试验,很好的解决了原有设备的问题,而且对成本控制、作业环境及安全生产等方面均发挥了积极作用。 展开更多
关键词 导光棒 切割设备 崩边 砂轮片磨损自动检测和补偿
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全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩模拟 被引量:20
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作者 张珂 王腾跃 +2 位作者 孙红 王贺 赵凯军 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2010年第6期1209-1213,1218,共6页
目的通过破岩模拟优化盘型滚刀刀圈,改善滚刀的设计,减少滚刀失效,提高滚刀使用寿命.方法根据岩石Drucker-Prager塑性准则和岩石力学特性,利用ABAQUS有限元软件模拟了破岩过程中盘型滚刀和岩石的受力和变形,分析了不同压入深度对受力和... 目的通过破岩模拟优化盘型滚刀刀圈,改善滚刀的设计,减少滚刀失效,提高滚刀使用寿命.方法根据岩石Drucker-Prager塑性准则和岩石力学特性,利用ABAQUS有限元软件模拟了破岩过程中盘型滚刀和岩石的受力和变形,分析了不同压入深度对受力和变形的影响.结果研究结果显示,当盘型滚刀的压入深度为0.76 mm时,岩石和滚刀接触出现破碎;随着滚刀压入深度的增加,对应岩石破碎区的应力区和变形区增大,但应力区的增大更显著.结论研究结果对理解TBM的破岩机理和盘型滚刀的结构优化具有一定的参考价值,同时为今后进一步使用有限元软件模拟滚刀破岩的研究打下了基础. 展开更多
关键词 全断面岩石掘进机 盘形滚刀 破岩 有限元
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