基于CSM模型的盾构机滚刀受力及磨损规律

摘要

为揭示盾构机在地层中掘进时滚刀的受力机理及磨损规律,根据科罗拉多矿业学院(CSM)模型得到滚刀受力理论计算公式.基于岩体破坏失效理论建立滚刀线性破岩有限元模型,模拟分析滚刀破岩的动态受力特性;对比不同贯入度下滚刀受力CSM模型计算值与有限元仿真值的差异,验证CSM模型对中风化泥岩地层中滚刀受力计算公式的适用性与准确性.基于CSM模型推导反映滚刀磨损系数随盾构掘进参数变化规律的数学关系,通过计算值与现场实测磨损数据对比,验证其准确性.结果 表明:对于成都地区软质中风化泥岩地层,滚刀切削过程中所受到的法向力和切向力呈现波动变化,贯入度越大,滚刀受力值及其波动幅度越大;当滚刀贯入度为15～40 mm时,CSM模型计算得到的滚刀受力理论值与有限元仿真值偏差在15％以内;适当提高贯入度,增大有效扭矩与有效推力的比值,有利于减小单位距离滚刀磨损量.