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Thrust and Torque Characteristics Based on a New cutter-head Load Model 被引量:13
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作者 LIU Jianqin REN Jiabao GUO Wei 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第4期801-809,共9页
Full face rock tunnel boring machine(TBM) has been widely used in hard rock tunnels, however, there are few published theory about cutter-head design, and the design criteria of cutter-head under complex geological ... Full face rock tunnel boring machine(TBM) has been widely used in hard rock tunnels, however, there are few published theory about cutter-head design, and the design criteria of cutter-head under complex geological is not clear yet. To deal with the complex relationship among geological parameters, cutter parameters, and operating parameters during tunneling processes, a cutter-head load model is established by using CSM(Colorado school of mines) prediction model. Force distribution on cutter-head under a certain geology is calculated with the new established load model, and result shows that inner cutters bear more force than outer cutters, combining with disc cutters abrasion; a general principle of disc cutters' layout design is proposed. Within the model, the relationship among rock uniaxial compressive strength(UCS), penetration and thrust on cutter-head are analyzed, and the results shows that with increasing penetration, cutter thrust increases, but the growth rate slows and higher penetration makes lower special energy(SE). Finally, a fitting mathematical model of ZT(ratio of cutter-head torque and thrust) and penetration is established, and verified by TB880 E, which can be used to direct how to set thrust and torque on cutter-head. When penetration is small, the cutter-head thrust is the main limiting factor in tunneling; when the penetration is large, cutter-head torque is the major limiting factor in tunneling. Based on the new cutter-head load model, thrust and torque characteristics of TBM further are researched and a new way for cutter-head layout design and TBM tunneling operations is proposed. 展开更多
关键词 TBM(full face rock tunnel boring machine cutter-head load model CSM(Colorado school of mines) model cutter-head layout design t
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TBM的滚刀布置优化设计研究 被引量:19
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作者 苏鹏程 王宛山 +1 位作者 霍军周 李震 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期877-881,共5页
滚刀在刀盘上的布置问题是全断面岩石掘进机(TBM)设计的核心内容.基于刀盘的受力需满足空间力系平衡的原则,建立了非线性多目标滚刀布置模型.提出了利用协同进化算法优化滚刀布置的方法.以引洮隧道掘进机滚刀布置实例对所建立的模型和... 滚刀在刀盘上的布置问题是全断面岩石掘进机(TBM)设计的核心内容.基于刀盘的受力需满足空间力系平衡的原则,建立了非线性多目标滚刀布置模型.提出了利用协同进化算法优化滚刀布置的方法.以引洮隧道掘进机滚刀布置实例对所建立的模型和所采用的优化算法进行了验证.在多种岩石边界条件下,与原TBM滚刀布置方案进行了对比分析.结果表明,采用本文方法获取的滚刀布置方案具有更小的倾覆力矩和不平衡力,证明了该模型及所用的优化算法是可行的、有效的. 展开更多
关键词 全断面岩石掘进机(TBM) 滚刀布置 刀盘结构 岩石边界
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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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基于数字样机技术的隧道掘进机刀盘破岩机理分析 被引量:7
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作者 程军 巩亚东 +1 位作者 李伟 刘月明 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第14期1847-1853,共7页
针对隧道掘进机(TBM)刀盘设计中刀具布置规律优化的问题,分析了TBM刀盘的破岩机理,建立了TBM工作时的刀具受力模型,并提出了如何提高刀盘破岩性能的方案。构建了带复杂约束的多变量非线性目标数学模型,并采用智能算法开发了一种针对刀... 针对隧道掘进机(TBM)刀盘设计中刀具布置规律优化的问题,分析了TBM刀盘的破岩机理,建立了TBM工作时的刀具受力模型,并提出了如何提高刀盘破岩性能的方案。构建了带复杂约束的多变量非线性目标数学模型,并采用智能算法开发了一种针对刀盘上刀具布置规律的优化程序。针对EPB6.28m型TBM刀盘上的盘形滚刀建立了破岩仿真有限元分析模型。在滚刀工作时的实际工况条件下进行了岩石压痕试验与线性切槽试验的仿真分析,获得了该盘形滚刀工作时的压力—贯入度关系以及最优刀间距范围,为TBM刀盘和盘形滚刀的参数设计以及刀具布局优化提供了参考。 展开更多
关键词 隧道掘进机 优化设计 破岩机理 刀盘
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基于ADAMS的全断面掘进机刀盘优化设计 被引量:4
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作者 程军 巩亚东 +1 位作者 陈涛 陈小刚 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期882-885,共4页
针对全断面掘进机刀具布置规律问题,分析了全断面掘进机刀盘的破岩机理,建立了全断面掘进机工作时的刀具受力模型并提出了如何提高刀盘破岩性能的方案.构建了带复杂约束的多变量非线性目标数学模型,并采用智能算法开发了一种针对盾构刀... 针对全断面掘进机刀具布置规律问题,分析了全断面掘进机刀盘的破岩机理,建立了全断面掘进机工作时的刀具受力模型并提出了如何提高刀盘破岩性能的方案.构建了带复杂约束的多变量非线性目标数学模型,并采用智能算法开发了一种针对盾构刀盘上刀具布置规律的优化程序.以EPB6.28型全断面掘进机刀盘为例进行了优化设计,建立了刀盘数字化样机并对其进行了力平衡仿真验证.对两种刀盘在刀具磨损和力平衡性能比较分析,结果表明与原刀盘相比新设计的刀盘具有更加良好的实用性. 展开更多
关键词 全断面掘进机 优化设计 破岩机理 刀盘
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TBM盘形滚刀破岩刃弧长研究分析 被引量:2
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作者 巩亚东 赵晓旭 程军 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期838-842,共5页
根据全断面隧道掘进机(TMB)盘形滚刀破岩运动的规律,综合考虑滚刀和掌子面相互的关系,利用空间几何理论以及空间运动学的坐标变换矩阵法建立了盘形滚刀工作刃破岩的运动学模型.采用Matlab软件编程对模型求解,得到盘形滚刀对掌子面的理... 根据全断面隧道掘进机(TMB)盘形滚刀破岩运动的规律,综合考虑滚刀和掌子面相互的关系,利用空间几何理论以及空间运动学的坐标变换矩阵法建立了盘形滚刀工作刃破岩的运动学模型.采用Matlab软件编程对模型求解,得到盘形滚刀对掌子面的理论压碎轨迹的仿真图形及其破岩刃各点一次破岩弧长分布规律.结合仿真结果对比研究了TBM刀盘上中心刀和正刀的破岩刃弧长分布的规律.随着盘形滚刀刀位半径的增加,滚刀破岩刃一次破岩弧长呈下降趋势,但累计破岩弧长线性增加.盘形滚刀破岩仿真方法有利于对刀具磨损、破岩机理、刀具优化设计及其在刀盘上布局优化的研究. 展开更多
关键词 全断面岩石掘进机 盘形滚刀 破岩机理 刀盘 模拟
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基于离散元分析的夹矸煤层硬岩掘进机载荷分析 被引量:5
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作者 彭继慎 何武林 《机械设计》 CSCD 北大核心 2020年第6期65-70,共6页
考虑到硬岩掘进机作业时经常会穿越一些多种地质条件共存的工况环境,使得传统的分析方法得不到更为准确的刀盘载荷,文中使用EDEM三维离散元仿真软件建立夹矸的复杂地质条件,并使用ANSYS与EDEM联合仿真方法得到硬岩掘进机的刀盘受力情况... 考虑到硬岩掘进机作业时经常会穿越一些多种地质条件共存的工况环境,使得传统的分析方法得不到更为准确的刀盘载荷,文中使用EDEM三维离散元仿真软件建立夹矸的复杂地质条件,并使用ANSYS与EDEM联合仿真方法得到硬岩掘进机的刀盘受力情况,采用黏结模型Hertz-Mindlin来模拟煤岩的物理状态。同时用Archard模型来模拟颗粒和外壳接触模型,借助于Add-in在有限元分析软件中所嵌入的耦合接口,在有限元分析软件读入截割载荷的过程中,同步构建与结构分析模型的联系。最后通过不同地层条件下的刀盘载荷仿真可知,随着夹矸层比例的增大,硬岩掘进机刀盘承受的载荷越大,即需要提供的驱动载荷越大;随着夹矸层位置越靠近刀盘中心,硬岩掘进机刀盘承受的载荷越小,即需要提供的驱动载荷越小;当夹矸层由竖直变为水平时,硬岩掘进机刀盘承受的载荷逐渐增大,即需要提供的驱动载荷逐渐增大。 展开更多
关键词 硬岩掘进机 夹矸煤层 刀盘载荷 离散元仿真
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夹矸煤层条件下硬岩掘进机刀盘结构优化 被引量:3
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作者 刘南南 彭继慎 +1 位作者 宋立业 王品贺 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2020年第4期320-326,共7页
为更准确地获得硬岩掘进机在夹矸煤层掘进过程中刀盘的受力情况,基于EDEM软件建立岩层夹矸模型,并联合ANSYS有限元分析软件对刀盘截割不同岩石工况进行受载分析,并采用ANSYS软件的Design Explorer模块对刀盘结构参数进行优化设计.研究... 为更准确地获得硬岩掘进机在夹矸煤层掘进过程中刀盘的受力情况,基于EDEM软件建立岩层夹矸模型,并联合ANSYS有限元分析软件对刀盘截割不同岩石工况进行受载分析,并采用ANSYS软件的Design Explorer模块对刀盘结构参数进行优化设计.研究结果表明,随着夹矸层比例的增大,硬岩掘进机刀盘承受的载荷越大,即需要提供的驱动载荷越大;随着夹矸层位置越靠近刀盘中心,硬岩掘进机刀盘承受的载荷越小,即需要提供的驱动载荷越小.通过优化设计使得刀盘最大等效应力比优化前应力值降低了77.3%;其最小寿命比优化前提高了85.6%,在很大程度上可以确保刀盘的安全使用性能.研究结论更好的模拟硬岩掘进机实际掘进时可能会遇到的多种复杂地质条件工况,解决传统分析时截割岩石属性单一等问题,为硬岩掘进机刀盘设计和改进提供依据. 展开更多
关键词 硬岩掘进机 夹矸煤层 刀盘载荷 离散元仿真 结构优化
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硬岩隧道掘进机刀盘的静动态特性研究 被引量:2
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作者 徐松 温雪龙 张延杰 《机械设计与制造》 北大核心 2017年第1期209-212,共4页
针对硬岩隧道掘进机的刀盘进行有限元仿真研究,建立了刀盘的有限元分析模型,对刀盘受力情况进行分析,进而对其进行静力学分析与模态分析,同时,对刀盘结构的优化提出改进方案。仿真结果表明:刀盘各组成部件的连接处所受应力最大,刀盘面... 针对硬岩隧道掘进机的刀盘进行有限元仿真研究,建立了刀盘的有限元分析模型,对刀盘受力情况进行分析,进而对其进行静力学分析与模态分析,同时,对刀盘结构的优化提出改进方案。仿真结果表明:刀盘各组成部件的连接处所受应力最大,刀盘面板的边缘部位变形最大,不同振动频率下刀盘的变形位置和大小均不相同等。这对改善刀盘掘进性能和提高刀盘使用寿命提供重要的参考依据。 展开更多
关键词 硬岩隧道掘进机 刀盘 有限元分析
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用于岩石隧道掘进机刀盘的内部焊接技术 被引量:1
10
作者 陈凡 陈晓民 +1 位作者 王秀东 王小强 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第5期190-195,共6页
掘进机是挖掘岩石隧道的重要工具,掘进机刀盘是挖掘过程中最关键的部件之一,它是能否在规定工期内完成隧道挖掘的关键因素,由于在挖掘岩石隧道时掘进机刀盘容易磨损破裂,因此提出一种新的焊接技术对岩石隧道掘进机刀盘内部进行焊接。介... 掘进机是挖掘岩石隧道的重要工具,掘进机刀盘是挖掘过程中最关键的部件之一,它是能否在规定工期内完成隧道挖掘的关键因素,由于在挖掘岩石隧道时掘进机刀盘容易磨损破裂,因此提出一种新的焊接技术对岩石隧道掘进机刀盘内部进行焊接。介绍了岩石隧道的环境和掘进机刀盘内部焊接原理,给出刀座楔块和刀座芯体焊接装配图。将ZG35Cr1Mo型和Q345B型特种钢作为焊接材料,对其可焊性进行分析。详细介绍了焊接过程。通过拉伸与冲击方法对对接焊缝金属进行实验,测量出相关数据。实验结果表明,经所提焊接技术处理后,焊接部位淬硬性低,且不容易出现冷裂纹与热裂纹现象,验证了所提焊接技术的有效性。 展开更多
关键词 岩石隧道 掘进机 刀盘 焊接技术
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一种硬岩掘进机滚刀设计研究 被引量:1
11
作者 王锴 王琴 《新技术新工艺》 2017年第6期23-25,共3页
刀盘是硬岩掘进机施工中的关键部件,而滚刀是刀盘掘进中的利器,掘进机在施工过程中能否顺利推进,能否把坚硬的岩石啃下来,完全取决于滚刀的性能。假设岩体是连续和均质的工况下,对特定的硬岩掘进机滚刀起动牵引力的数值进行计算,计算的... 刀盘是硬岩掘进机施工中的关键部件,而滚刀是刀盘掘进中的利器,掘进机在施工过程中能否顺利推进,能否把坚硬的岩石啃下来,完全取决于滚刀的性能。假设岩体是连续和均质的工况下,对特定的硬岩掘进机滚刀起动牵引力的数值进行计算,计算的结果比实际所需的值略大,安全系数高,滚刀性能卓越、稳定,并可节约施工时间。通过三维建模和计算校核可知,刀轴设计满足强度要求。 展开更多
关键词 硬岩掘进机 刀盘 滚刀 有限元分析
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TBM刀盘支撑筋布置优化 被引量:5
12
作者 桑松龄 《机械工程与自动化》 2013年第6期13-15,共3页
综合考虑刀盘支撑筋支撑和出碴的功能,建立了以刀盘强度和刚度为优化目标的刀盘支撑筋布置优化设计模型,基于Workbench平台采用神经网络拟合方法建立了刀盘强度和刚度与刀盘支撑筋位置之间的映射关系,进而采用NSGA多目标优化方法进行了... 综合考虑刀盘支撑筋支撑和出碴的功能,建立了以刀盘强度和刚度为优化目标的刀盘支撑筋布置优化设计模型,基于Workbench平台采用神经网络拟合方法建立了刀盘强度和刚度与刀盘支撑筋位置之间的映射关系,进而采用NSGA多目标优化方法进行了有效求解。结果表明:在3种岩石边界和极限工况下,优化求解的方案在刀盘强度和刚度方面均优于原始方案,为TBM刀盘支撑筋结构设计提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 全断面岩石掘进机 刀盘支撑筋 位置及结构参数 优化设计
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焊接裂纹对刀盘的影响及裂纹的控制工艺 被引量:1
13
作者 陈晓民 王秀冬 王小强 《装备制造技术》 2017年第2期107-110,共4页
对硬岩隧道掘进机刀盘结构件的焊接裂纹进行研究,综述焊接裂纹的分类、产生、焊接裂纹对刀盘疲劳寿命的影响以及裂纹的控制措施。研究过程中结合生产实际,制定出一套有效控制裂纹产生的工艺规程,对研制国产化TBM刀盘打破国外垄断提供了... 对硬岩隧道掘进机刀盘结构件的焊接裂纹进行研究,综述焊接裂纹的分类、产生、焊接裂纹对刀盘疲劳寿命的影响以及裂纹的控制措施。研究过程中结合生产实际,制定出一套有效控制裂纹产生的工艺规程,对研制国产化TBM刀盘打破国外垄断提供了技术支持。 展开更多
关键词 硬岩隧道掘进机 刀盘 焊接裂纹 疲劳寿命
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