【摘要】：隨著地下空間的開發(fā)利用,全斷面隧道掘進機(TBM)已經(jīng)逐漸走進中國市場,并占有一席之地。TBM是一種對隧道進行全斷面施工的機電一體化的高端裝備,近幾年國內(nèi)的交通環(huán)境和市政建設(shè)都發(fā)生了很大變化,使TBM得到了廣泛的應(yīng)用。我國地廣物博,巖土種類繁多、地質(zhì)復(fù)雜多變,這對掘進機的壽命、磨損程度、承載載荷等因素都提出了更高的要求。而在實際作業(yè)中,施工效率直接與經(jīng)濟效益緊密聯(lián)系,是施工單位最為看重的一項指標(biāo)。大量的研究分析與實踐檢驗表明,滾刀刀盤是影響TBM掘進效率關(guān)鍵的因素,所以通常把優(yōu)化滾刀布局作為提高效率的核心任務(wù)之一。在實際作業(yè)中,刀具系統(tǒng)若發(fā)生失效,將直接對作業(yè)時間產(chǎn)生較大影響,不僅降低了掘進效率,而且提高了作業(yè)成本。因此,刀具如何布置、貫入度如何選擇等,是影響刀具系統(tǒng)性能及穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。本文通過閱讀國內(nèi)外文獻,并掌握國內(nèi)外研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,深入分析了盾構(gòu)機的發(fā)展現(xiàn)狀和實際應(yīng)用,并結(jié)合實驗研究,運用有限元軟件對雙滾刀切割巖石的過程進行仿真模擬。本論文主要研究工作如下:(1)主要針對掘進工程中巖石對盤形滾刀的磨損進行了仿真模擬分析,通過分析滾刀結(jié)構(gòu)等因素找出最佳刀圈刀刃的角度,研究優(yōu)化滾刀結(jié)構(gòu)與較少滾刀磨損量之間的關(guān)系,從而找到優(yōu)化滾刀設(shè)計結(jié)構(gòu)方法及依據(jù)。(2)運用有限元ANSYS軟件仿真模擬雙滾刀滾切砂巖過程,觀察巖石破碎情況并分析其受力。同時,通過改變滾刀刀間距、貫入度等施工條件,找出貫入度與刀間距最佳對應(yīng)關(guān)系。此項研究結(jié)果對優(yōu)化滾刀布局、提高破巖效率具有重要意義。(3)對新型雙滾刀巖石綜合試驗臺切割花崗巖過程進行模擬,分析試驗臺關(guān)鍵部件的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況,并分析試驗臺在各階模態(tài)下的振動情況。利用實際生產(chǎn)出來的樣機,進行實際滾切實驗驗證,分析刀具受力、振動及支撐框架的振動情況及中階振型對試驗臺的影響。通過分析結(jié)果,仔細研究滾刀的破巖機理、結(jié)構(gòu)特點等,對滾刀的特性有了更加深入的了解,為研究掘進機奠定了堅實基礎(chǔ)。
[Abstract]:With the development and utilization of underground space, full-section tunnel roadheader (TBM) has gradually entered the Chinese market and occupied a place. TBM is a kind of mechatronics high-end equipment for tunnel construction. In recent years, great changes have taken place in the domestic traffic environment and municipal construction, so that TBM has been widely used. There are many kinds of soil and soil in our country, and the geology is complex and changeable, which puts forward higher requirements for the life, wear degree, bearing load and other factors of the roadheader. In practical operation, construction efficiency is directly related to economic benefits, which is the most important index of construction units. A large number of research analysis and practical tests show that hob cutter head is the key factor affecting TBM driving efficiency, so optimizing hob layout is usually one of the core tasks to improve efficiency. In practical operation, if the tool system fails, it will directly have a great impact on the operation time, which not only reduces the excavation efficiency, but also improves the activity cost. Therefore, how to arrange the tool and how to select the penetration are the key factors that affect the performance and stability of the tool system. On the basis of reading the literature at home and abroad and mastering the research status at home and abroad, this paper deeply analyzes the development status and practical application of shield machine, and combines with the experimental research. The finite element software is used to simulate the cutting process of rock with double hob. The main research work of this paper is as follows: (1) the wear of disc hob on rock is simulated and analyzed, and the angle of the best blade is found out by analyzing the structure of hob. The relationship between optimizing hob structure and less hob wear is studied, and the method and basis of optimizing hob design structure are found. (2) the process of double hob cutting sandstone is simulated by finite element ANSYS software. Observe the rock breakage and analyze its force. At the same time, by changing the construction conditions such as hob spacing and penetration, the optimal corresponding relationship between penetration and knife spacing is found out. The results of this study are of great significance to optimize the layout of hob and improve the efficiency of rock breaking. (3) the cutting process of granite in a new type of double hob rock comprehensive test-bed is simulated, and the stress and strain distribution of the key parts of the test-bed are analyzed. The vibration of the test-bed in each mode is analyzed. Based on the actual prototype, the actual rolling and cutting experiments are carried out to verify the force of the tool, the vibration of the supporting frame and the influence of the middle vibration mode on the test-bed. Through the analysis results, the rock breaking mechanism and structural characteristics of hob are studied carefully, and the characteristics of hob are understood more deeply, which lays a solid foundation for the study of roadheader.
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U455.3

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本文編號：2476291