基于刀盘载荷模型的刀盘性能评价研究

摘要

全断面岩石掘进机在隧道建设、采煤采矿等工程中广泛使用。随着我国大规模基础设施建设，硬岩掘进机国产化进程也越来越快，但是由于技术封锁等原因，在此方面可见的技术成果非常有限，因此，建立我国自主的硬岩掘进机相关设计理论体系显得越来越重要。本文在国内外相关研究的基础上，开展了针对TBM刀盘的设计与评价研究，主要包括了以下几个方面的内容：
　　为研究刀盘设计过程中刀盘载荷与地质参数、掘进参数之间复杂的耦合作用关系，基于CSM（Colorado School of Mines）模型的滚刀受力载荷模型，建立了新的滚刀受力载荷模型。以此模型为基础，研究了滚刀尺寸参数，地质参数，掘进参数（贯入度）对滚刀受力的影响。
　　通过建立了整体的刀盘受力载荷模型，研究了滚刀在刀盘上载荷分布情况、刀盘上不同区域滚刀破岩比能情况。通过比能和场掘进指数两组指标，确定了掘进参数对掘进效率的影响，即在额定功率允许的条件下，大贯入度掘进有利于提高破岩效率。
　　在滚刀受力的基础上，推导了刀盘总推力和总转矩的计算公式，计算了刀盘在不同地质条件下刀盘的推力和转矩的波动范围，建立了刀盘的可掘进性模型。推导了刀盘偏心距的计算公式，建立了刀盘的载荷均衡性模型。推导了刀盘在分层地质条件下刀盘破岩时的推力转矩波动模型，建立刀盘的动载稳定性评价模型，并研究了米字型刀盘和螺旋形刀盘在某种地质下的推力波动情况。
　　以秦岭隧道TB880E刀盘为例，根据第二章建立的刀盘受力预测模型，计算了秦岭特定地质条件下刀盘受力情况，并与现场记录的掘进数据及状态对比，验证模型的可靠性。为研究掘进过程中推力与转矩设定关系，建立了滚刀转矩与推力比值和掘进贯入度的关系的预测模型，为刀盘掘进施工参数提供有效参考。通过与滚刀受力与磨损情况对比，提出了分区域分原则布刀的滚刀布置准则，即在刀盘内圈以滚刀受力为主要布刀原则，外圈以磨损量均等为主要布刀原则。

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字母注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的意义

1.4 主要研究内容

第二章 滚刀破岩载荷模型

2.1 滚刀简介

2.2 滚刀工作原理及载荷模型

2.3 滚刀破岩模型的建立

2.4 滚刀受力模型的应用

2.5 本章小结

第三章 刀盘破岩载荷模型

3.1 刀盘简介

3.2 刀盘载荷模型建立

3.3 基于载荷模型的刀盘设计评价方法

3.4 本章小结

第四章 基于TB880E的刀盘设计评价

4.1 TB880E及秦岭隧道简介

4.2 TB880E刀盘掘进性能评价

4.3 TB880E刀盘推力与转矩的比值与贯入度的关系模型

4.4 基于滚刀受力及磨损的分区域布刀原则

4.5 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢