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Theoretical prediction of wear of disc cutters in tunnel boring machine and its application 被引量:8
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作者 Zhaohuang Zhang Muhammad Aqeel +1 位作者 Cong Li Fei Sun 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2019年第1期111-120,共10页
Predicting the cutter consumption and the exact time to replace the worn-out cutters in tunneling projects constructed with tunnel boring machine(TBM) is always a challenging issue. In this paper, we focus on the anal... Predicting the cutter consumption and the exact time to replace the worn-out cutters in tunneling projects constructed with tunnel boring machine(TBM) is always a challenging issue. In this paper, we focus on the analyses of cutter motion in the rock breaking process and trajectory of rock breaking point on the cutter edge in rocks. The analytical expressions of the length of face along which the breaking point moves and the length of spiral trajectory of the maximum penetration point are derived. Through observation of rock breaking process of disc cutters as well as analysis of disc rock interaction, the following concepts are proposed: the arc length theory of predicting wear extent of inner and center cutters, and the spiral theory of predicting wear extent of gage and transition cutters. Data obtained from5621 m-long Qinling tunnel reveal that among 39 disc cutters, the relative errors between cumulatively predicted and measured wear values for nine cutters are larger than 20%, while approximately 76.9% of total cutters have the relative errors less than 20%. The proposed method could offer a new attempt to predict the disc cutter's wear extent and changing time. 展开更多
关键词 Full-face rock TUNNEL BORING machine(TBM) disc cutter wear prediction
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Wear Analysis of Disc Cutters of Full Face Rock Tunnel Boring Machine 被引量:19
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作者 ZHANG Zhaohuang MENG Liang SUN Fei 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第6期1294-1300,共7页
Wear is a major factor of disc cutters’ failure. No current theory offers a standard for the prediction of disc cutter wear yet. In the field the wear prediction method commonly used is based on the excavation length... Wear is a major factor of disc cutters’ failure. No current theory offers a standard for the prediction of disc cutter wear yet. In the field the wear prediction method commonly used is based on the excavation length of tunnel boring machine(TBM) to predict the disc cutter wear and its wear law, considering the location number of each disc cutter on the cutterhead(radius for installation); in theory, there is a prediction method of using arc wear coefficient. However, the preceding two methods have their own errors, with their accuracy being 40% or so and largely relying on the technicians’ experience. Therefore, radial wear coefficient, axial wear coefficient and trajectory wear coefficient are defined on the basis of the operating characteristics of TBM. With reference to the installation and characteristics of disc cutters, those coefficients are modified according to penetration, which gives rise to the presentation of comprehensive axial wear coefficient, comprehensive radial wear coefficient and comprehensive trajectory wear coefficient. Calculation and determination of wear coefficients are made with consideration of data from a segment of TBM project(excavation length 173 m). The resulting wear coefficient values, after modification, are adopted to predict the disc cutter wear in the follow-up segment of the TBM project(excavation length of 5621 m). The prediction results show that the disc cutter wear predicted with comprehensive radial wear coefficient and comprehensive trajectory wear coefficient are not only accurate(accuracy 16.12%) but also highly congruous, whereas there is a larger deviation in the prediction with comprehensive axial wear coefficient(accuracy 41%, which is in agreement with the prediction of disc cutters’ life in the field). This paper puts forth a new method concerning prediction of life span and wear of TBM disc cutters as well as timing for replacing disc cutters. 展开更多
关键词 full face rock tunnel boring machine disc cutter radial wear coefficient axial wear coefficient trajectory wear coefficient
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复合地层加强型盾构对比选型技术与滚刀磨损特征研究
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作者 刘泉维 邵小康 +5 位作者 纪明涛 刘林胜 叶守杰 江玉生 杨志勇 张西昌 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第7期154-161,170,共9页
为应对复杂地质条件下经验方法无法定量评价掘进机设备选型适应性和经济性的难题,提出盾构/TBM对比选型方法,基于地层综合组段划分技术,依据开挖面岩层性质、地下水情况、施工环境等因素将复杂地层划分成若干独立组段,计算不同类型掘进... 为应对复杂地质条件下经验方法无法定量评价掘进机设备选型适应性和经济性的难题,提出盾构/TBM对比选型方法,基于地层综合组段划分技术,依据开挖面岩层性质、地下水情况、施工环境等因素将复杂地层划分成若干独立组段,计算不同类型掘进设备在各个组段内的施工效率和施工成本并作对比,综合汇总后给出各类设备施工定量化效率、工期和经济指标,决策者可根据项目主控因素作出选型结论。此外,同时结合包含硬岩和不良地质段的隧道工程掘进机选型实例,分析加强型盾构对此类地层的适应性,给出首例加强型盾构的配置参数和针对性设计,并对加强型盾构在硬岩段掘进时的滚刀磨损进行回归分析。研究结果表明:(1)盾构/TBM对比选型技术综合考虑不同设备在各隧道组段内的适用性、施工效率、施工成本,选型决策更具科学性和实用性;(2)加强型盾构配置6 r/min刀盘转速和19英寸大直径滚刀,可大幅提升掘进效率,因此对硬岩地层和不良地质段兼具适应性;(3)加强型盾构滚刀累计磨损量与其安装半径呈指数型相关性,边缘滚刀磨损速率最大,施工中应及时检修,保障开挖直径充足。 展开更多
关键词 复合地层 机械法掘进 加强型盾构 对比选型 地层组段划分 滚刀 刀具磨损
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滚刀滑移状态下的受力与磨损仿真分析
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作者 方应冉 李兴高 +2 位作者 刘泓志 杨益 郭易东 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期93-102,共10页
为探究滚刀滑移状态下破岩的受力与磨损的变化规律,基于离散单元法,建立了同时考虑滚刀自转和绕刀盘公转的滚动圆周切割模型。定义了一个滑移率参数η用于描述滚刀的滑移状态,对不同滑移率工况下滚刀破岩受力和磨损进行了对比分析,并结... 为探究滚刀滑移状态下破岩的受力与磨损的变化规律,基于离散单元法,建立了同时考虑滚刀自转和绕刀盘公转的滚动圆周切割模型。定义了一个滑移率参数η用于描述滚刀的滑移状态,对不同滑移率工况下滚刀破岩受力和磨损进行了对比分析,并结合工程实例对数值仿真结论进行了验证,结果表明:数值仿真中垂直力F_(V)和滚动力F_(R)在CSM模型计算值附近波动,两者较为吻合,表明了本文模型的合理性。数值仿真结果表明,随着滑移率η的增大,垂直力F_(V)呈轻微减小趋势,滚动力F_(R)明显变大,从滚动破岩到滑动破岩,垂直力F_(V)降幅为23.6%,滚动力F_(R)增幅达83.7%,滑动破岩将导致滚刀偏磨。工程实测数据表明,刀盘上大量滚刀处于正常磨损状态时,主要表现为推力增大。大量滚刀处于偏磨状态时,主要表现为扭矩增大,其中偏磨滚刀占比19.05%和28.57%时,扭矩增幅分别为55.85%和261.51%。滚刀正常磨损和偏磨均大量存在时,表现为扭矩推力同步增大,其中偏磨滚刀占比21.43%时,扭矩增幅为80.89%。数值仿真和实测数据表现出较高的一致性。综合4次开仓换刀结果,可将刀盘扭矩增幅超过50%作为判定大量滚刀发生偏磨的重要依据。 展开更多
关键词 全断面岩石掘进机(TBM) 离散单元法 运动状态 滑移率 滚刀偏磨
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全断面硬岩地层土压/TBM双模盾构滚刀性能评价
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作者 孙彰 王振华 江益辉 《都市快轨交通》 北大核心 2024年第4期111-117,共7页
为了提高土压(EPB)/隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)双模盾构掘进效率,减少滚刀磨损,以深大城际铁路机场东站—黄麻布站区间为依托,以该隧道左线里程ZDK8+583.0~ZDK8+359.8全断面硬岩掘进段为研究对象,对区间所采用的EPB/TBM双... 为了提高土压(EPB)/隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)双模盾构掘进效率,减少滚刀磨损,以深大城际铁路机场东站—黄麻布站区间为依托,以该隧道左线里程ZDK8+583.0~ZDK8+359.8全断面硬岩掘进段为研究对象,对区间所采用的EPB/TBM双模盾构滚刀性能展开研究。首先,根据滚刀功能和类型的不同,对该区段的滚刀更换情况以及磨损状况进行统计分析,并获得最优性能的滚刀;然后,为更好地指导开仓换刀,以最优性能滚刀为例对滚刀使用寿命进行评估;最后,根据现场实际情况建立刀具信息管理系统。研究结果表明:中铁装备宽刀更适合该类地层的掘进,所搭建的刀具管理系统能很好地实现刀具信息化管理,确保现场施工更经济、高效。 展开更多
关键词 轨道交通 全断面硬岩 滚刀性能 滚刀磨损 使用寿命 刀具信息化管理系统
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盾构滚刀正常磨损规律分析与预测——以珠海兴业快线工程为例
6
作者 李煜钦 姚占虎 +4 位作者 沈翔 张亚洲 苏栋 张志宇 周晓青 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第9期1904-1914,共11页
为解决盾构施工过程中严重磨损刀具无法及时更换而导致的掘进效率下降问题,建立滚刀磨损量预测模型,以优化施工效率和提高滚刀的利用率。采用等效磨损量辅助分析累计磨损量与掘进参数之间的关系,并扩展数据库预测累计磨损量。通过将兴... 为解决盾构施工过程中严重磨损刀具无法及时更换而导致的掘进效率下降问题,建立滚刀磨损量预测模型,以优化施工效率和提高滚刀的利用率。采用等效磨损量辅助分析累计磨损量与掘进参数之间的关系,并扩展数据库预测累计磨损量。通过将兴业快线超大直径盾构隧道工程中的滚刀磨损数据进行分区统计,研究滚刀的磨损类型及变化规律;引入等效磨损量概念,分析其在不同地层下的变化特征,拟合磨损量与掘进参数之间的关系,建立磨损量预测模型。研究发现:1)工程中的滚刀磨损主要表现为均匀磨损和偏磨,其中偏磨多见于软硬不均地层;2)滚刀磨损量与安装半径、刀刃宽度、地层类型及掘进距离存在正相关关系;3)等效磨损量在软土地层中变化平稳,而在软硬不均地层中经历适应、平稳和加剧3个阶段。通过拟合分析,等效磨损量与推力、转矩呈正相关关系。最终通过现场实测数据验证建立的磨损量预测模型的准确性。 展开更多
关键词 盾构隧道 掘进参数 滚刀 等效磨损量 磨损预测
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顶管机用盘形滚刀断裂原因分析
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作者 贾爽 马允郑 +2 位作者 吕庆洲 陈胜 康学勤 《失效分析与预防》 2024年第4期279-283,共5页
顶管机盘形滚刀在施工过程中出现断裂,严重影响施工效率且增加施工成本。对断裂和偏磨的盘形滚刀进行统计和分析,发现其断裂位置、形式有相似性,对滚刀质量的提高具有重要意义。对故障件进行外观观察、成分测试、硬度分布测试及金相组... 顶管机盘形滚刀在施工过程中出现断裂,严重影响施工效率且增加施工成本。对断裂和偏磨的盘形滚刀进行统计和分析,发现其断裂位置、形式有相似性,对滚刀质量的提高具有重要意义。对故障件进行外观观察、成分测试、硬度分布测试及金相组织测试,结果表明:盘形滚刀密封性较差,在施工过程中有砂石和泥浆进入滚刀内部,造成内部轴承失效,导致盘形滚刀不能自转且出现偏磨,滚柱相互挤压产生外推力,导致轴承外圈和刀圈均出现断裂,最终导致盘形滚刀断裂。建议改善盘形滚刀密封性,防止影响轴承运转的外部异物进入轴承,可有效避免滚刀早期失效。 展开更多
关键词 盘形滚刀 5Cr5MoSiV1 密封 顶管机 偏磨
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刃形对硬岩地层中TBM滚刀磨损行为的影响研究 被引量:3
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作者 段文军 张蒙祺 +2 位作者 勾斌 莫继良 周仲荣 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期738-749,共12页
全断面隧道掘进机(TBM)是用于长大隧道建设的关键装备,在公路铁路、引水输水等国家重大战略工程中发挥着重要作用.盘形滚刀位于TBM最前端,是执行破岩掘进的关键零部件.冲击重载和缺少润滑等恶劣工况条件导致滚刀在面对硬岩地层时磨损速... 全断面隧道掘进机(TBM)是用于长大隧道建设的关键装备,在公路铁路、引水输水等国家重大战略工程中发挥着重要作用.盘形滚刀位于TBM最前端,是执行破岩掘进的关键零部件.冲击重载和缺少润滑等恶劣工况条件导致滚刀在面对硬岩地层时磨损速率极高,频繁更换刀具对隧道建设的工期、成本和安全性造成严重负面影响.对滚刀磨损机理的深入研究是建立长寿命高性能滚刀设计方法的必经之路.滚刀截面形状以及表面结构是刀-岩接触行为的决定性因素之一,而接触行为对滚刀磨损存在直接影响,但机理机制尚不十分清楚.本文中使用高强度花岗岩开展滚刀磨损试验,针对工程实际中最常用的平顶与圆顶滚刀,研究不同刃形滚刀在磨损过程中切削力、质量损失和表面形貌演变的规律,并结合有限元数值仿真,揭示滚刀刃形通过改变刀-岩接触状态而影响其磨损行为的机理.结果表明,在通过相同距离时平顶滚刀直径变化量小,即达到磨损极限时行进总距离更长、耐磨性更好.圆顶滚刀接触应力集中效应明显,容易发生局部磨损,使圆顶滚刀半径变化更大;但在相同刀盘推力下,圆顶滚刀侵入岩石的深度大于平顶滚刀,在破岩效率方面具有潜在优势.本研究对工程实际中滚刀选型与设计具有重要指导意义. 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机 盘形滚刀 磨损 接触行为 有限元模型
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复合地层中盾构滚刀磨损实用预测方法及应用 被引量:6
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作者 龚泽佳 鱼志鸿 +2 位作者 章定文 冯硕 李兆国 《建筑科学与工程学报》 CAS 北大核心 2023年第1期133-141,共9页
盾构机在复合地层掘进过程中常因刀具磨损量过大而产生掘进工效降低和刀具失效等问题。依托深圳地铁13号线白应区间复合地层段滚刀磨损数据,根据Rabinowicz磨粒磨损计算模型提出了一种滚刀磨损量实用预测方法。该方法结合滑移率计算公... 盾构机在复合地层掘进过程中常因刀具磨损量过大而产生掘进工效降低和刀具失效等问题。依托深圳地铁13号线白应区间复合地层段滚刀磨损数据,根据Rabinowicz磨粒磨损计算模型提出了一种滚刀磨损量实用预测方法。该方法结合滑移率计算公式和刀盘扭矩、刀盘推力得到滚刀滑动距离,通过科罗拉多矿业学院模型(CSM模型)、岩石强度参数和滚刀贯入深度确定接触面法向荷载,根据滚刀设计参数确定其材料强度。通过确定影响滚刀磨损量的三个主要因素(滑动距离、接触面法向荷载和材料强度),推导出了考虑盾构滚刀磨损体积计算公式,并采用深圳地铁13号线白应区间复合地层段滚刀实测磨损量与磨损量预测值进行对比验证。结果表明:实测磨损量与预测较为吻合,验证了所提出的滚刀磨损量预测方法的合理性,研究成果可为复合地层中盾构滚刀磨损量预测和换刀时机的确定提供理论依据。 展开更多
关键词 复合地层 盾构滚刀 磨粒磨损 磨损量计算
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盾构隧道掘进中盘形滚刀磨损机理及其施工优化方法 被引量:2
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作者 张鹏辉 雷军 +3 位作者 彭斌 邝利军 杨子汉 于广明 《青岛理工大学学报》 CAS 2023年第4期45-56,共12页
盾构机具有掘进速度快、安全高效等特点广泛应用于城市地下空间的建设中。盘形滚刀作为盾构机刀盘上破碎岩体的重要组成部分,在掘进过程中直接切削并破碎岩体,所以滚刀磨损是盾构机掘进施工中最常见且无法避免的难点问题。依据深圳城市... 盾构机具有掘进速度快、安全高效等特点广泛应用于城市地下空间的建设中。盘形滚刀作为盾构机刀盘上破碎岩体的重要组成部分,在掘进过程中直接切削并破碎岩体,所以滚刀磨损是盾构机掘进施工中最常见且无法避免的难点问题。依据深圳城市轨道交通13号线掘进施工过程中刀具磨损情况的反馈信息,首先对盘形滚刀磨损形式进行了分类并加以统计,进而分析造成盘形滚刀不同磨损类型的机理。基于滑移线理论构建了盘形滚刀正常磨损的预测模型,并通过现场磨损数据验证了该预测模型的正确性和适用性。最终通过滚刀加固优化以及掘进参数优化等手段成功降低了滚刀的正常磨损和非正常磨损,取得了较好的现场效益。 展开更多
关键词 盘形滚刀 磨损机理 磨损特征 滑移线理论 实例验证
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基于神经网络算法的滚刀磨损量预测方法 被引量:2
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作者 丁小彬 谢宇轩 +1 位作者 薛皓文 李世佳 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 北大核心 2023年第1期83-88,95,共7页
为了给盾构施工开仓换刀提供参考,将滚刀磨损简化为多元非线性拟合问题,构建了数据分析框架,综合考虑机械、地质、管理3大类因素,对滚刀磨损量进行预测。以广州地铁18号线番禺广场站到南村万博站区间盾构区间为工程背景,选取共14种参数... 为了给盾构施工开仓换刀提供参考,将滚刀磨损简化为多元非线性拟合问题,构建了数据分析框架,综合考虑机械、地质、管理3大类因素,对滚刀磨损量进行预测。以广州地铁18号线番禺广场站到南村万博站区间盾构区间为工程背景,选取共14种参数,结合公式获得标定后数据共2386条,包含34把正面滚刀,共81次滚刀磨损量。通过SMBO方法和LM算法改进BPNN算法训练过程,充分发挥神经网络优势,所得模型对83.3%的测试样本的预测值决定系数(R^(2))高于0.86,相比标定样本时参考的公式,准确度有较大提高,表明该方法所训练模型对滚刀磨损量的发展趋势预测更加准确。 展开更多
关键词 盾构机 滚刀磨损 改进BP神经网络 优化算法
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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
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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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碟盘刀具截割煤岩温度及磨损行为研究 被引量:3
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作者 刘春生 党振乾 +4 位作者 刘延婷 刘若涵 徐鹏 王磊 马化凯 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期3589-3603,共15页
采掘机械截割刀具与煤岩体作用的产热机制、磨损行为及截割载荷与煤岩特征定量关系,是解决截割刀具磨损失效、寿命短,实现安全、高效掘进巷道的关键。通过综合分析温度对刀具寿命、磨损及截割效率的影响,探究碟盘刀具截割煤岩的温度及... 采掘机械截割刀具与煤岩体作用的产热机制、磨损行为及截割载荷与煤岩特征定量关系,是解决截割刀具磨损失效、寿命短,实现安全、高效掘进巷道的关键。通过综合分析温度对刀具寿命、磨损及截割效率的影响,探究碟盘刀具截割煤岩的温度及磨损分布规律,揭示碟盘刀具截割煤岩的产热机制与磨损特性,在无振动和轴向激励振动截割条件下,通过摩擦做功分别确立了刀具楔面和刀刃的热流密度计算关系式,基于瞬时点热源情况下半无限体传热模型和热补偿原理,给出了碟盘刀具楔面不规则面热源和刀刃线热源的传热模型,建立了任意一点的温度数学模型,解算分析相关参数对刀具温度场影响,利用有限元ABAQUS和离散元EDEM软件,模拟不同进给速度下碟盘刀具截割煤岩的温度场及磨损特性,搭建碟盘刀具振动截割煤岩的实验系统,测试碟盘刀具破碎煤岩的温度特征,综合理论、模拟和实验探究碟盘刀具温度与磨损行为特征及分布规律。结果表明:碟盘刀具温度变化特征主要集中在刀刃上,从刀刃向楔面逐渐递减,沿碟盘刀具圆周温度呈类抛物线分布,温度从中间刀刃向两侧逐渐减小;不同进给速度下,无振动和轴向激励振动理论计算(截割时间趋于无穷大)获得的稳态平均最高温度分别为374.76和245.72℃,模拟获得的(截割时长3 s左右)平均最高温度分别为80.13和73.60℃,无振动的平均最高温度高于振动8.87%,实验获得的(截割时长3 s左右)分别为72.56和66.99℃,无振动的平均最高温度高于振动8.45%,模拟和实验的平均误差为11.69%;碟盘刀具截割煤岩实验过程中刀具出现的周向自旋现象利于其均匀磨损,振动截割相对于无振动更为明显;碟盘刀具刀刃温度耗散呈现非线性下降趋势,从刀刃向楔面快速传递,其结构形式可避免因温度累积集中而加剧刀具局部磨损;碟盘刀具磨损集中在刀刃处,圆周相对磨损量呈类抛物线分布,中间刀刃相对磨损量较大,两侧刀刃相对磨损量逐渐减小,ABAQUS模拟结合刀具磨损模型估算刀刃相对磨损量特征规律与EDEM模拟给出的相同;碟盘刀具圆周相对磨损量与温度特征规律相吻合,相关性系数均高于0.90,截割温度能够表征刀具磨损情况。综合理论、模拟和实验获得了碟盘刀具截割煤岩的温度分布特性与磨损规律的内在关联,3者温度变化规律具有一致性,验证了刀具传热模型的准确性和有效性。 展开更多
关键词 碟盘刀具 煤岩截割 传热模型 温度分布 磨损特征
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基于神经网络的盾构滚刀磨损量预测方法探讨
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作者 丁小彬 谢宇轩 +1 位作者 薛皓文 黄威然 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期560-570,共11页
盾构施工中采集的参数众多,难以直接反映滚刀磨损量的发展规律。统计31种现有滚刀磨损研究中影响参数的出现频次,以广州地铁18号线番禺广场至南村万博区间2号始发井中间风井右线盾构区间为依托,选择14种输入参数,整理出共2386条样本用... 盾构施工中采集的参数众多,难以直接反映滚刀磨损量的发展规律。统计31种现有滚刀磨损研究中影响参数的出现频次,以广州地铁18号线番禺广场至南村万博区间2号始发井中间风井右线盾构区间为依托,选择14种输入参数,整理出共2386条样本用于BP神经网络模型开发。分别采用序贯模型优化(SMBO)和遗传算法(GA)进行超参数优化。模型预测值与实测值决定系数达0.832,准确预测了滚刀磨损量。选择预测准确度较高模型进行敏感性分析,验证所选的14种参数对于滚刀磨损量预测的贡献,结果表明,考虑土压、新旧刀、盾构深度对于滚刀磨损量预测有较大贡献。本文成果可为其他地层下的盾构滚刀磨损量预测与分析提供参考。 展开更多
关键词 盾构掘进 滚刀磨损 神经网络 优化算法
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基于脉冲涡流的TBM盘形滚刀磨损检测方法
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作者 张魁 陈春雷 +3 位作者 郑学军 张高峰 林赉贶 冯剑军 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期122-129,共8页
为保障TBM高效安全运行,提出一种脉冲涡流检测(PECT)的刀圈径向磨损量无损检测方法。先基于Maxwell时变电磁场理论建立有限元模型,采用控制变量法探究线圈高度、内半径和外半径3个激励线圈参数的优化策略;再搭建刀圈径向梯度化磨损量无... 为保障TBM高效安全运行,提出一种脉冲涡流检测(PECT)的刀圈径向磨损量无损检测方法。先基于Maxwell时变电磁场理论建立有限元模型,采用控制变量法探究线圈高度、内半径和外半径3个激励线圈参数的优化策略;再搭建刀圈径向梯度化磨损量无损检测有限元模型,研究刀圈径向磨损量与前期电压信号积分值的映射关系,提取可连续反映刀圈磨损程度的特征量,并研究不同提离距离下刀圈径向磨损量与特征量的映射关系。结果表明:在给定激励线圈外半径取值的前提下合理调节内半径取值,可最大程度兼顾对激励线圈高分辨率、强耦合程度的要求;检测线圈与刀圈的最远距离为64 mm,在满足48.26 cm刀圈最大径向磨损量为35 mm的基础上保留了29 mm余量,比传统涡流检测的最远提离距离提高了83%;该方法提高了探头远距离检测能力,保障了探头安装空间,同时显著降低了探头被岩碴刮擦损伤的风险。 展开更多
关键词 全断面岩石隧道掘进机(TBM) 盘形滚刀 脉冲涡流检测 线圈参数优化 刀圈径向磨损量
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盘形滚刀磨损预测模型 被引量:50
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作者 杨延栋 陈馈 +1 位作者 李凤远 周建军 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1290-1296,共7页
盾构或TBM长距离掘进硬岩施工中,不可避免地会遇到盘形滚刀磨损问题。通过分析滚刀的磨损机理,确定了滚刀最主要的直接磨损机制是基于塑性去除的磨粒磨损;基于Rabinowicz磨粒磨损方程和CSM滚刀破岩力模型,通过近似计算和数学推导,建立... 盾构或TBM长距离掘进硬岩施工中,不可避免地会遇到盘形滚刀磨损问题。通过分析滚刀的磨损机理,确定了滚刀最主要的直接磨损机制是基于塑性去除的磨粒磨损;基于Rabinowicz磨粒磨损方程和CSM滚刀破岩力模型,通过近似计算和数学推导,建立了滚刀直接磨损的磨损速率和线磨损速率预测模型;并通过广州地铁7号线9标和广深港狮子洋隧道正滚刀的磨损数据进行了验证。结果表明,基于材料磨损机制建立滚刀磨损预测模型的可行性,所建立的预测模型也能较准确地反映滚刀的真实磨损情况。所建立的滚刀磨损速率模型可用于预测不同安装半径滚刀的正常掘进距离,所提出的滚刀线磨损速率可以作为衡量滚刀耐磨蚀性的重要指标;并且给出了滚刀磨损速率、线磨损速率与地层抗压强度、刀刃屈服强度、滚刀安装半径、滚刀直径、刀刃宽度、刀间距、贯入度等参数之间的定量关系;但该模型仅适用于正滚刀和中心刀的正常磨损预测,对于边滚刀还需考虑二次磨损。 展开更多
关键词 滚刀磨损 预测模型 磨损机制 耐磨蚀性
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TBM盘形滚刀磨损预测模型 被引量:22
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作者 谭青 孙鑫健 +3 位作者 夏毅敏 蔡小华 朱震寰 张晋浩 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期54-60,共7页
为了研究TBM盘形滚刀破岩过程中的磨损行为,首先通过分析刀具与刀盘的运动规律推导等截面盘形滚刀运动学公式,结合磨粒磨损理论及刀岩接触力学模型建立盘形滚刀磨损预测模型,并利用MATLAB软件开发滚刀磨损量的预测模拟程序。将该模型应... 为了研究TBM盘形滚刀破岩过程中的磨损行为,首先通过分析刀具与刀盘的运动规律推导等截面盘形滚刀运动学公式,结合磨粒磨损理论及刀岩接触力学模型建立盘形滚刀磨损预测模型,并利用MATLAB软件开发滚刀磨损量的预测模拟程序。将该模型应用到某引水工程中对滚刀磨损过程进行仿真,得到盘形滚刀的磨损形貌演变规律。研究结果表明:仿真磨损量与实测磨损量随刀位号变化趋势基本一致,刀盘上各个安装位置处仿真预测的滚刀刀圈正面及侧面磨损值与实测值的平均相对误差分别为18%和30%。刀刃逐渐磨损成尖形,所得磨损形态与工程实际观测相吻合。 展开更多
关键词 TBM 盘形滚刀 磨损预测 数值仿真
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TBM滚刀刀圈磨损机理研究 被引量:55
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作者 王旭 赵羽 +2 位作者 张宝刚 马汉春 陈雷 《现代隧道技术》 EI 北大核心 2010年第5期15-19,共5页
滚刀刀圈的磨损影响施工成本、设备利用率和掘进效率,刀圈的快速磨损与工程地质条件密切相关,是一项重要的工程地质问题。基于摩擦磨损学的原理,结合滚刀破岩机理,分析了在滚刀破岩过程中刀圈的磨损机理。应用滚刀的磨损机理,解释了滚... 滚刀刀圈的磨损影响施工成本、设备利用率和掘进效率,刀圈的快速磨损与工程地质条件密切相关,是一项重要的工程地质问题。基于摩擦磨损学的原理,结合滚刀破岩机理,分析了在滚刀破岩过程中刀圈的磨损机理。应用滚刀的磨损机理,解释了滚刀刀圈的三种磨损形式,分析得出影响刀圈磨损的两大因素,即机械因素和地质因素,并提出建立刀圈消耗量预测模型应该考虑这两方面的因素。 展开更多
关键词 滚刀刀圈 磨损机理 预测模型
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全断面硬岩TBM滚刀磨损关键技术分析 被引量:13
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作者 张珂 王贺 +1 位作者 吴玉厚 赵凯军 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2009年第2期351-354,共4页
目的研究全断面硬岩掘进机(TBM)刀盘上滚刀的相关关键技术,分析破岩机理及滚刀的磨损问题.方法以双护盾TBM刀盘为研究对象,将岩石的硬脆特性与压痕断裂力学相结合,确定破岩机理及影响滚刀磨损的因素.确定滚刀布置原则、运动特性、破岩... 目的研究全断面硬岩掘进机(TBM)刀盘上滚刀的相关关键技术,分析破岩机理及滚刀的磨损问题.方法以双护盾TBM刀盘为研究对象,将岩石的硬脆特性与压痕断裂力学相结合,确定破岩机理及影响滚刀磨损的因素.确定滚刀布置原则、运动特性、破岩机理和滚刀磨损形式及其主要影响因素.结果结果表明,TBM刀盘设计制造要满足耐磨性的要求,滚刀布置要符合空间力系平衡,刀具高度应一致,高度差不应大于15 mm,防止刀盘滚刀会发生大面积磨损.除常规的检测刀具磨损外还要注重掘进过程中的参数观测,一旦发生特殊情况,应及时检测及更换刀具,防止其他刀具也受到损坏.结论刀盘设计要符合耐磨性要求,同时应增强对常规磨损参数检测和掘进参数的观测,控制滚刀磨损量,优化TBM掘进参数,防止大面积刀具磨损发生. 展开更多
关键词 全断面硬岩掘进机 滚刀 磨损 TBM刀盘
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基于CSM模型的硬岩TBM滚刀磨损预测方法 被引量:30
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作者 李刚 朱立达 +1 位作者 杨建宇 王宛山 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期32-35,共4页
为解决硬岩TBM在掘进时滚刀磨损检测难的问题,以岩石断裂力学为理论基础,深入分析了TBM滚刀的破岩机理,并基于Colorado school of mincs(CSM)模型提出了一种新的滚刀磨损预测方法。通过滚刀与岩石相互作用的力学模型,利用刀盘比能预测... 为解决硬岩TBM在掘进时滚刀磨损检测难的问题,以岩石断裂力学为理论基础,深入分析了TBM滚刀的破岩机理,并基于Colorado school of mincs(CSM)模型提出了一种新的滚刀磨损预测方法。通过滚刀与岩石相互作用的力学模型,利用刀盘比能预测了滚刀的磨损。结合秦岭隧道工程实例,对滚刀磨损水平进行了量化研究,预测结果与实际情况相符,从而验证了模型的有效性。 展开更多
关键词 全断面硬岩掘进机 滚刀 滚刀磨损 磨损预测模型
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