全断面隧道掘进机换刀方案优化及软件实现

摘要

本文主要做了以下工作:
　　1、在介绍了现有的岩石掘进机盘刀预测理论的前提下修正了工程磨损总量预测公式并对该预测公式进行了验证，最终得到结论:使用径向综合磨损系数和轨迹综合磨损系数相对于轴向综合磨损系数所预测的工程磨损总量更加接近实际工程磨损总量。
　　2、本文提出了一个用于分析盘刀换刀方案的工具“盘刀链”，提出了盘刀链中用于评价安装盘刀区域平曲面度的指标“曲度”、“突出度”，并提出了用于刀盘所受抗倾覆力矩平衡的衡量指标“抗倾覆力矩系数”，还给出这些评价指标的计算公式和给出了“刀具间容许差距及不合理刀具数”的求解方法。接着使用abaqus有限元软件建立破岩模型验证了盘刀链中“曲度”、“突出度”评价指标的正确性，得到一个区域的曲度越小该区域盘刀所受法向推力载荷越均匀、盘刀的突出度越小盘刀所受法向推力载荷越均匀的结论。最后结合所有的评价指标提出了换刀优化方案。
　　3、设计了盘刀换刀优化系统，结构为下位机、上位机、数据处理端三个部分。该系统主要有4个功能:1、在有试掘进段的情况下预先预测该工程磨损总量和各个刀位下次换刀距离。2、在没有试掘进段的情况下通过本文提出的岩石刀具库概念预测该工程磨损总量和各个刀位下次换刀距离。3、通过刀盘上各个盘刀状态信息计算出最优换刀方案4、在线监测异常磨损盘刀，实现盘刀一发生异常磨损可立即清楚并停机换刀，防止异常磨损刀具对其他刀具和刀盘的损伤。
　　4、对盘刀换刀优化系统的各个模块及功能进行测试，验证了它的可用性。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 滚刀寿命预测理论研究现状

1．2．2 滚刀换刀策略优化研究现状

1．2．3 在线监测系统研究现状

1．2．4 目前尚未解决的问题

1．3 论文研究内容及主要工作

第2章 盘刀寿命预测理论的研究与验证

2．1 滚刀磨损预测区域的划分

2．2 盘刀磨损系数的自定义公式

2．2．1 径向磨损系数

2．2．2 轴向磨损系数

2．2．3 轨迹磨损系数

2．2．4 磨损预测公式初步定义

2．2．5 秦岭隧道工程数据

2．2．6 各类磨损系数的计算比较

2．3 盘刀磨损系数的修正

2．3．1 弧长公式的求解

2．3．2 综合磨损量预测公式

2．4 本章小结

第3章 换刀方案优化理论的提出与验证

3．1 盘刀链及半径盘刀链

3．1．1 盘刀链的表示方式

3．1．2 半径盘刀链的曲度

3．1．3 半径盘刀链中盘刀的突出度

3．1．4 半径盘刀链中的抗倾覆力矩系数

3．1．5 刀具间容许差距及不合理刀具数

3．2 理论的仿真验证

3．2．1 破岩模型的建立

3．2．2 验证方案

3．2．3 盘刀链的曲度仿真验证

3．2．4 盘刀链的突出度仿真验证

3．3 换刀方案优化方法

3．4 本章小结

第4章 基于在线监测的换刀系统的设计与实现

4．1 系统功能分析和框架设计

4．1．1 系统结构的功能分析及设计

4．1．2 系统的设计

4．2 在线换刀方案优化系统下位机的软件实现

4．2．1 软件编译环境介绍

4．2．2 下位机程序设计

4．3 在线换刀方案优化系统上位机的软件实现

4．3．1 linux系统的移植

4．3．2 上位机程序设计

4．4 岩石库、刀具库定义和对应石质磨损系数的定义

4．4．1 岩石类型和岩石级别

4．4．2 岩石库

4．4．3 刀具库

4．4．4 综合岩石刀具库

4．5 盘刀在线预测优化系统数据处理端的软件实现

4．5．1 数据处理端软件开发需求分析及功能确定

4．5．2 数据处理端软件结构设计

4．5．3 数据处理端软件界面及功能实现

4．6 本章小结

第5章 软件的验证

5．1 在线监测预测模块的验证

5．2 其他模块的验证

5．2．2 预测试掘进段工程磨损总量模块验证

5．2．3 预测非试掘进段工程磨损总量模块验证

5．2．4 换刀策略优化模块验证

5．3 优势分析

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢