TBM滚刀破岩性能研究:刀间距与贯入度影响分析
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更新于2024-08-08
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"TBM滚刀回转破岩性能数值分析* (2014年),刘建琴,张斌,郭伟,王磊——本文针对隧道掘进机(TBM)的刀盘设计中的刀间距和贯入度问题,通过结合岩石力学、弹塑性力学和断裂力学,建立了一个使用有限元方法的滚刀动态破岩三维模型。研究通过线切割实验对比验证了模型的准确性和实用性,并进一步分析了滚刀在回转破岩过程中的力学行为,揭示了刀间距和贯入度对滚刀切削力和比能的影响。结果显示,随着刀间距增大,滚刀的法向力增加,切向力变化不大,比能先降低后升高,在刀间距约为60mm时达到最小值;法向力和切向力随贯入度增加而增大,而比能则随贯入度增加而减小。"
这篇文章详细探讨了隧道掘进机(TBM)的关键技术之一——滚刀的破岩性能。TBM是用于地下隧道挖掘的大型机械设备,其刀盘上的滚刀布局直接影响掘进效率和刀具寿命。作者通过对岩石力学的深入理解,结合弹塑性力学和断裂力学原理,构建了一个动态三维模型来模拟滚刀在岩石中的破碎过程。
该模型利用有限元方法,能够模拟滚刀在旋转时与岩石的相互作用,从而评估不同工况下的滚刀性能。为了确保模型的可靠性,研究人员通过线切割实验进行了对比验证,证明了模型的正确性和实用性。在模型验证的基础上,他们着重研究了刀间距和贯入度这两个关键参数对滚刀性能的影响。
研究发现,随着刀间距的增加,滚刀受到的法向力(垂直于刀具的力)逐渐增大,这可能由于相邻滚刀之间的相互干扰增强。然而,切向力(平行于刀具的力)基本保持不变,表明滚刀的切削效果在刀间距变化时相对稳定。比能(单位体积岩石破碎所需的能量)的变化则更为复杂,它先随刀间距增加而降低,达到某个临界值(60mm左右)后又开始增大,这可能与岩石破碎模式的转变有关。
另一方面,随着贯入度(刀具刺入岩石的深度)的增加,法向力和切向力均增大,这反映了更深的切割导致更大的阻力。同时,比能随贯入度增加而减小,这意味着更深层次的切割可能导致更高的能量效率,因为岩石在更浅的接触面上可能更容易破碎。
这些发现对于TBM的设计和优化具有重要意义,为刀盘布局的优化提供了理论依据,有助于提高TBM的掘进效率,减少刀具磨损,降低成本。同时,这一研究也为未来的TBM作业策略制定和现场施工提供了科学的参考依据。
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2021-04-25 上传
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2024-10-26 上传
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