基于破岩能耗的TBM盘形滚刀的刀刃角设计

摘要

近些年来我国经济发展迅速，但是伴随而来的是交通拥挤和生存空间变窄，这些因素促使隧道工程项目日益增多，隧道掘进机在铁路隧道、城市地铁、西气东输等隧道工程中成为重要的施工设备。但其主要部件仍需进口，并且隧道掘进机刀盘的滚刀研发和制造与国外还有一定差距。优化已知刀具的结构，能对提升滚刀使用寿命及其设计与制造提供可靠经验。
　　盘形滚刀是TBM破碎岩石所必需的部件，同时也是特别容易磨损和损坏的部分，与隧道工程施工周期和费用密切相关的是TBM的破岩效率和承受载荷。通过查阅文献，总结TBM盘形滚刀的破岩机理，列出能够影响刀具破岩时的参数变量，本文利用有限元软件对TBM盘形滚刀的几何结构进行了设计与分析。本文包括以下主要几项内容:
　　(1)对盘形滚刀破岩过程中机理进行分析，选取合适岩石材料，列出盘形滚刀破碎岩石的主要失效形式，判别岩石材料的失效准则，使其接近实际破岩工况。
　　(2)获取不对称刃形滚刀几何参数，材料参数。以盘形滚刀破岩中轴承受力最小为目标，以刀刃角不对称的盘型滚刀在正安装下建立破岩模型。
　　(3)最终对模型进行动态分析，获得实验数据，包括力、比能等，与理论数据进行对比，对破岩效能进行分析。改变刀具相关参数，优化模型。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 国内外TBM发展概况

1．2．2 TBM刀具研究现状及发展趋势

1．2．3 有限元软件的发展趋势

1．3 本文主要研究内容

第2章 TBM滚刀破岩理论

2．1 盘形滚刀简介

2．1．1 刀具结构概述

2．1．2 盘形滚刀的三维模型理论

2．2 盘形滚刀与岩石相互作用理论

2．2．1 破岩过程中的岩石破碎形式

2．2．2 盘形滚刀工作条件及磨损

2．2．3 盘形滚刀受力预测

2．2．4 盘形滚刀破岩机理概述

2．3 小结

第3章 盘形滚刀破岩有限元模拟分析

3．1 ABAQUS简介

3．2 模型建立

3．2．1 刀具与岩石材料选取

3．2．2 设定载荷与约束条件

3．2．3 分析步的设定与划分网格

3．3 仿真结果分析

3．4 小结

第4章 不同刃形盘型滚刀破岩分析研究

4．1 引言

4．2 对称刀刃角滚刀模型的建立

4．3 不同参数对破岩性能影响分析研究

4．3．1 工作参数对破岩性能的影响

4．3．2 结构参数对破岩性能的影响

4．4 效果对比分析

4．4．1 作用力分析

4．4．2 比能耗分析

4．5 小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢