TBM的掘进性能数值仿真研究 被引量：39

1

作者 张厚美 《隧道建设》 2006年第A02期1-7,共7页

介绍了TBM(隧道掘进机)性能预测模型的研究状况、滚刀的切削力计算模型以及掘进参数的计算方法。编制了TBM掘进性能预测程序,可以对每个滚刀的切削深度、切削槽断面积、切削体积、切削槽形状、切削力、刀盘扭矩、推力、纯掘进速度、不... 介绍了TBM(隧道掘进机)性能预测模型的研究状况、滚刀的切削力计算模型以及掘进参数的计算方法。编制了TBM掘进性能预测程序,可以对每个滚刀的切削深度、切削槽断面积、切削体积、切削槽形状、切削力、刀盘扭矩、推力、纯掘进速度、不平衡力等参数进行计算。运用预测程序对秦岭隧道TB880E型隧道掘进机性能进行了模拟预测,并与实际施工性能参数进行了验证对比。结果表明,模型的计算精度高,预测结果合理。预测模型可用于优化TBM刀具布置、验算TBM刀盘不平衡力以及预测TBM施工性能参数。 展开更多

关键词 隧道掘进机 预测模型 破岩机理 切削力 滚刀 秦岭隧道

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考虑破岩模式的TBM滚刀破岩力计算模型 被引量：3

2

作者 曹久磊 俞缙 +3 位作者 张竹清 冯学卫 常方强 蔡燕燕 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期3300-3311,共12页

滚刀破岩力是研究TBM开挖硬岩隧道效率和安全性的核心参数,提高破岩力计算模型精度的重点在于如何使计算模型与破岩模式相匹配。通过对滚刀破岩过程中不同破岩模式下的裂纹交汇情况及岩片产生的主导因素进行分析,认为协同破岩时岩石主... 滚刀破岩力是研究TBM开挖硬岩隧道效率和安全性的核心参数,提高破岩力计算模型精度的重点在于如何使计算模型与破岩模式相匹配。通过对滚刀破岩过程中不同破岩模式下的裂纹交汇情况及岩片产生的主导因素进行分析,认为协同破岩时岩石主要发生压拉破坏,非协同破岩时主要发生压剪破坏,基于此提出了一种新的刀具荷载计算方法;建立单滚刀及双滚刀线性破岩三维离散元模型,统计不同贯入度下的侧向裂纹扩展长度,以此为基础计算各刀间距和贯入度组合下的理论破岩模式,并通过分析各工况下岩石内部裂纹交汇及其水平应力分布情况,验证了破岩模式划分理论的正确性;以岩石内部裂纹分布特征为基础,提出了协同和非协同破岩模式下破碎岩片体积的计算方法,利用指数函数对岩渣破碎厚度比和刀间距之间的关系进行拟合,定义了协同系数β,并结合新破岩力公式推导出了比能耗表达式。研究发现:由新破岩力模型计算得到的垂直力和滚动力相较于实测值的误差分别为7.3%和11.0%,其相比于CSM和线性计算模型的误差较小;岩石破碎区域取决于破岩模式,协同模式下的破碎区域主要为滚刀之间,非协同模式下为刀刃下方及其两侧;随刀间距增大,岩石内高应力区逐渐分离并出现上移现象且面积下降,最优贯入度增大而最小比能耗值减小,当贯入度增大时,比能耗值先减小后增大,同时比能耗曲线变化趋势和相关破岩试验结果具有一致性。 展开更多

关键词 破岩力计算模型 破岩模式 比能耗 颗粒离散元 盘形滚刀

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TBM掘进中滚刀受力实时监测方法研究 被引量：6

3

作者 王少华 刘泉声 +1 位作者 黄兴 张晓波 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2019年第2期309-316,共8页

由于掘进环境过于恶劣,TBM(tunnel boring machine)滚刀受力实时监测问题一直难以解决。文章根据对滚刀部件特征和荷载传递规律的分析,在C型垫块中嵌入应变计,提出有效的监测方法,并通过C型垫块的标定试验以及回转破岩试验,验证该监测... 由于掘进环境过于恶劣,TBM(tunnel boring machine)滚刀受力实时监测问题一直难以解决。文章根据对滚刀部件特征和荷载传递规律的分析,在C型垫块中嵌入应变计,提出有效的监测方法,并通过C型垫块的标定试验以及回转破岩试验,验证该监测方法的有效性和可行性。结果表明:1)在不同贯入度下,根据受力监测方法得到的垂向荷载与油缸荷载大小稍有差别,但两者的变化趋势几乎是一致的,说明该监测方法具有可行性和有效性; 2)随着贯入度的增大,滚刀所受法向力和侧向力也在增大。 展开更多

关键词 TBM 滚刀受力 监测方法 标定试验 回转破岩试验

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TBM滚刀破岩时滑移量的数值模拟研究 被引量：3

4

作者 苏翠侠 《铁道建筑技术》 2015年第11期76-81,共6页

TBM破岩用的盘形滚刀消耗量大且价格昂贵,不合理的换刀会对工期、施工成本以及TBM本身造成不利影响,研究盘形滚刀的磨损特性以及预测滚刀磨损具有重要意义。滚刀破岩时其受力情况及滑移量对滚刀磨损机理及磨损量的预测至关重要,本文利... TBM破岩用的盘形滚刀消耗量大且价格昂贵,不合理的换刀会对工期、施工成本以及TBM本身造成不利影响,研究盘形滚刀的磨损特性以及预测滚刀磨损具有重要意义。滚刀破岩时其受力情况及滑移量对滚刀磨损机理及磨损量的预测至关重要,本文利用软件ABAQUS建立了盘形滚刀破岩过程的有限元模型,研究了滚刀滑移现象以及滚刀受力分布情况。定量地分析了滚刀贯入度以及滚刀与岩石间的摩擦系数对滚刀滑移的影响。结果表明:滚刀破岩时的滑移量与贯入度成正比,与摩擦系数成反比。所得结果可以为滚刀磨损量的预测提供参考。 展开更多

关键词 TBM滚刀 滑移量 滚刀受力

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基于滚刀破岩特性的岩石顶管迎面阻力计算模型

5

作者 徐天硕 王乐 +3 位作者 刘锴鑫 周雨恒 马保松 张鹏 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期259-265,共7页

顶进力是顶管工程设计和施工中最重要的参数之一,顶进力计算的精确性将直接影响顶管的工程的成败。随着顶管施工工艺越来越多的应用于岩石地层,但鲜有关于岩石地层中顶管顶进力的计算模型。为了更加准确地计算岩石地层中的迎面阻力,假... 顶进力是顶管工程设计和施工中最重要的参数之一,顶进力计算的精确性将直接影响顶管的工程的成败。随着顶管施工工艺越来越多的应用于岩石地层,但鲜有关于岩石地层中顶管顶进力的计算模型。为了更加准确地计算岩石地层中的迎面阻力,假设掌子面稳定,通过分析岩石顶管机刀盘滚刀破岩机理、受力模型和影响规律,在此基础上推导出岩石地层顶管迎面阻力计算公式。结果表明:岩石顶管中,岩石抗压强度和抗剪强度以及顶管机滚刀切入深度直接决定了迎面阻力的大小,实测迎面阻力除个别点在计算值上下限以外,其余与公式预测值相一致,证明其具有适用性。 展开更多

关键词 岩石顶管 顶进力 迎面阻力 滚刀

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精密成形铣齿主支撑位置切削力信号分析 被引量：1

6

作者 邵杉 洪荣晶 +1 位作者 张金 王超 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2014年第3期20-25,共6页

文章以精密成形铣齿加工过程中切削力为研究对象,采用频谱分析方法分析了不同切削参数下的切削力信号,并以切削力信号的均值与最大最小值的比值对盘铣刀进行了评价。分析结果表明其加工过程中频率主要集中在100Hz以下的低频段,特征频率... 文章以精密成形铣齿加工过程中切削力为研究对象,采用频谱分析方法分析了不同切削参数下的切削力信号,并以切削力信号的均值与最大最小值的比值对盘铣刀进行了评价。分析结果表明其加工过程中频率主要集中在100Hz以下的低频段,特征频率与主轴转速和刀齿组数相关,加工过程中切削力大小随着切削齿高和进给速度的增加而增加,随着主轴转速的增加而减小;轴向力和进给力即主切削力之间的比例系数约为0.7,不同于传统的车削、铣削。 展开更多

关键词 切削力信号 成形铣齿 盘铣刀

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盘形滚刀设计使用关键技术参数分析计算

7

作者 兰仁清 《凿岩机械气动工具》 2010年第2期10-14,共5页

针对国内盘形滚刀在装配时预紧力和启动扭矩的选取与地质条件无关,仅按定值进行装配的现状,通过研究工程岩渣特点及滚刀刃形对切削过程的影响,推导了滚刀切削径向力力学模型,结合滚刀结构形式及不同地质条件下的具体受力情况,推导出滚... 针对国内盘形滚刀在装配时预紧力和启动扭矩的选取与地质条件无关,仅按定值进行装配的现状,通过研究工程岩渣特点及滚刀刃形对切削过程的影响,推导了滚刀切削径向力力学模型,结合滚刀结构形式及不同地质条件下的具体受力情况,推导出滚刀预紧力及启动扭矩的计算公式,最后以国内某17英寸正滚刀为例,取两种典型地质条件进行计算,计算结果发现,两种不同地质条件下,预紧力与启动扭矩变化很大。 展开更多

关键词 启动扭矩 预紧力 弦磨 盘形滚刀

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TBM滚刀受力及其间距优化研究 被引量：9

8

作者 张志强 张洋 +1 位作者 张彪 曾博文 《现代隧道技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期108-114,共7页

TBM工法因其安全、经济和快速的特点成为隧道工程施工发展的一大方向。不论从施工过程方面还是从经济成本方面来讲,刀盘和刀具的研究均是TBM研究的核心问题。文章采用离散元PFC建立滚刀破岩数值力学模型,通过滚刀破岩裂缝数量、宽度、... TBM工法因其安全、经济和快速的特点成为隧道工程施工发展的一大方向。不论从施工过程方面还是从经济成本方面来讲,刀盘和刀具的研究均是TBM研究的核心问题。文章采用离散元PFC建立滚刀破岩数值力学模型,通过滚刀破岩裂缝数量、宽度、深度及延伸长度来判断不同形状尺寸滚刀的破岩效果,基于滚刀受力与贯入度关系曲线多峰值跃进特征,以及以两滚刀裂缝贯通为基准,得出不同岩性条件下合理的贯入度及与其匹配的最优滚刀间距。研究成果对不同岩性条件下TBM隧道优化掘进参数提供了有益参考。 展开更多

关键词 TBM 滚刀受力 滚刀间距 贯入度 裂缝

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TBM主驱动轴承受力分析及应用研究 被引量：2

9

作者 周建军 李帅远 +2 位作者 江益辉 杨延栋 程永龙 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第S01期522-529,共8页

为解决全断面硬岩隧道掘进机(TBM)作业过程中,因主轴承载荷谱预测困难而无法计算主轴承服役寿命的问题,开展基于滚刀-主轴承力流模型预测TBM主轴承载荷谱方法的研究,基于CSM模型与秋三藤三郎模型,建立滚刀破岩载荷预测模型。结合TBM作... 为解决全断面硬岩隧道掘进机(TBM)作业过程中,因主轴承载荷谱预测困难而无法计算主轴承服役寿命的问题,开展基于滚刀-主轴承力流模型预测TBM主轴承载荷谱方法的研究,基于CSM模型与秋三藤三郎模型,建立滚刀破岩载荷预测模型。结合TBM作业工况与刀盘滚刀分布情况,根据理论计算模型与有限元分析模型,建立多工况的刀盘-主轴承力流模型得到原始载荷。考虑TBM强冲击工作环境对载荷谱的影响,对比现场监测振动数据,引入冲击载荷系数,建立计算模型,得到主轴承载荷谱。研究结果表明:1)TBM在全推力工况下的工作时间占比达65%;2)4种工况中轴向力与倾覆力矩变化较大,径向力较为稳定;3)在全推力工况下主轴承主要承受轴向力,最高达到14 374 kN,与有限元分析结果相差5%。最后将计算结果与TBM实际施工数据对比,验证了模型的准确性。 展开更多

关键词 TBM 主轴承 冲击载荷系数 力流模型 滚刀破岩模型

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TBM滚刀载荷传感器研制 被引量：2

10

作者 郑申 龚秋明 +3 位作者 谢兴飞 康乐 姜岳 韩北 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期1563-1574,共12页

测量隧道掘进机单滚刀受力,可为滚刀和刀盘设计、识别滚刀磨损以及掌子面岩体条件判断提供依据,也可为施工参数优化提供支撑.为了实时测量滚刀破岩所受三向力,研制了可替代滚刀刀箱内C型块的电阻应变式力传感器.分析了滚刀及刀箱在外力... 测量隧道掘进机单滚刀受力,可为滚刀和刀盘设计、识别滚刀磨损以及掌子面岩体条件判断提供依据,也可为施工参数优化提供支撑.为了实时测量滚刀破岩所受三向力,研制了可替代滚刀刀箱内C型块的电阻应变式力传感器.分析了滚刀及刀箱在外力作用下的应力分布特征,基于剪切梁原理设计了传感器弹性体的结构,计算并优化了应变计安装位置的应力分布.通过搭建测试平台完成了室内标定实验,验证了传感器的可靠性.将一对研制的传感器装配于刀箱,通过调整角度进行滚刀静态加载实验,模拟并测量了滚刀破岩所受正向力和滚动力,可反映不同工况的载荷,为后续工程实际应用提供依据. 展开更多

关键词 隧道掘进机 力传感器 有限元仿真 滚刀载荷测量 室内标定实验

原文传递

基于免疫算法的全断面岩石掘进机刀盘滚刀布局设计理论研究 被引量：5

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作者 朱殿华 宋立玮 郭伟 《机械设计》 CSCD 北大核心 2018年第11期31-38,共8页

全断面岩石隧道掘进机(TBM)刀盘滚刀布局对掘进性能有显著影响。文中针对滚刀受力与刀盘滚刀布局方法进行分析,针对刀盘径向载荷最小、刀盘倾覆力矩最小、质量分布均匀、破岩差异量最小4个优化目标进行层次分析法加权统一,建立了刀盘滚... 全断面岩石隧道掘进机(TBM)刀盘滚刀布局对掘进性能有显著影响。文中针对滚刀受力与刀盘滚刀布局方法进行分析,针对刀盘径向载荷最小、刀盘倾覆力矩最小、质量分布均匀、破岩差异量最小4个优化目标进行层次分析法加权统一,建立了刀盘滚刀布局优化模型,采用具有非退化优势的免疫算法对刀盘滚刀布局进行了优化设计。以大伙房隧道的刀盘模型为工程实例,利用刀盘滚刀布局优化模型对MB264-311TBM型掘进机滚刀的优化布置进行了实践,针对米字型、螺旋线型破岩协调耦合布局及不具有耦合关系的随机型滚刀布局分别进行优化计算,优化效果显著。其中,随机型滚刀布置的优化结果明显减小了刀盘径向载荷与倾覆力矩,优化程度高达91.475%,提出基于随机型滚刀布局方式的TBM刀盘布局设计新理论。在兼顾刀盘的非性能指标约束条件下,该布局理论对于提升滚刀破岩效率、提高刀盘刀具的使用寿命具有重要的工程应用价值。 展开更多

关键词 TBM 滚刀受力 优化设计 免疫算法 刀盘滚刀布局

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