正滚刀多目标优化布局与刀盘结构优化研究

摘要

为提高滚刀破岩效率,减少隧道掘进过程中更换滚刀次数,针对复杂岩石地质滚刀磨损速率不同和滚刀承受载荷差异化的特点,以滚刀磨损速率差异量、滚刀质心偏量、刀盘倾覆力矩为目标函数,结合滚刀分布的约束条件,建立了正滚刀布局优化模型.以济南某施工路段盾构机为例,进行正滚刀优化布局,优化后刀盘正滚刀磨损速率方差比优化前减小0.1347,质心偏量减小0.1097 mm,刀盘倾覆力矩减小9.6826 kN·m.同时为保证刀盘结构强度,通过疲劳分析发现盾构机刀盘疲劳寿命薄弱位置,并结合正滚刀布局优化完成了盾构机刀盘的结构优化,优化后刀盘最低疲劳寿命相比优化前提高52.10％,刀盘最小疲劳安全系数相比优化前提高12.11％.该研究可用于盾构机滚刀布局以及刀盘结构优化,对减少滚刀磨损量差异和提高隧道施工效率具有重大意义.