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简谈断面全断面掘进机刀具切削机理仿真和磨损基本

收藏本文 2024-01-27 点赞:35276 浏览:159841 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:全断面掘进机是一种集光、机、电、液、传感、信息技术于一体的专用隧道掘进机械。刀盘和刀具是全断面掘进机最关键的工作部件。在全断面掘进机掘进历程中,刀盘刀具直接与岩土接触并构成一个完整的切削系统,主要起到开挖岩土的作用。全断面掘进机在复杂的地质条件下施工时,工况极其复杂,刀盘刀具磨损严重,开舱换刀频繁,加大了施工风险和工程费用。由此,对盾构机刀具的切削机理及其磨损情况进行探讨,并根据工程实际提出适当的刀具磨损模型,对预测复杂地质条件下刀具的寿命是十分必要的。本论文首先利用ABAQUS软件分别对切刀切削粘土和软岩进行了有限元仿真,得出了切深和安装前角对切削力的影响。以粘土和岩石的第一主应力和塑性变形的分布以及变化情况出发,浅析了粘土和软岩两种材料失效机理的异同。文章在线切割实验的基础上,对盘形滚刀破岩进行了仿真探讨。分别对一定刀间距时和单刀破岩时的仿真结果进行浅析,得出了切深与滚刀受力之间的联系、滚刀刃形对受力的影响以及磨损对受力的影响。以岩石破碎面的等效应力以及剪切应力的分布特点出发,对岩石的破碎机理进行了浅析。对于滚刀的表面力学性能,主要浅析了滚刀破岩历程中,破岩点的应力变化以及接触区域接触压强与切削参数的联系,为探讨滚刀磨损奠定了一定的基础。针对刀具的磨损不足,本论文对刀具的磨粒磨损进行了有限元仿真,浅析了磨损历程中刀具表面金属的应力分布和塑性变形情况。基于滚刀的破岩弧长,对滚刀磨损与刀具参数及破岩参数之间的联系进行了一系列的探讨,得出了切深、滚刀直径以及刀间距与磨损之间的联系。文章采取刀具布置的等寿命原则对某土压平衡盾构刀盘不同安装半径处切刀的安装数量进行了优化。并讨论了刀盘辐条数量和刀具宽度对刀盘上切刀的布置数量和磨损的影响。基于滚刀破岩比能论述对滚刀刀间距进行了优化,并探讨了刀盘上滚刀的布置规律,在此基础上,对某泥水平衡刀盘上滚刀的布置进行了改善,为刀盘的设计和施工参数的选择提供适当的参考。关键词:全断面掘进机刀具论文切削机理论文仿真论文磨损论文布置规律论文

    摘要5-6

    Abstract6-8

    目录8-11

    第1章 绪论11-21

    1.1 课题探讨的背景及作用11-12

    1.2 全断面掘进机刀具介绍12-15

    1.2.1 全断面掘进机切削刀具12-14

    1.2.2 盘形滚刀14-15

    1.3 全断面掘进机刀具工作机理的探讨近况15-19

    1.3.1 切削刀具工作机理的探讨15-17

    1.3.2 滚刀具破岩机理的探讨近况17-19

    1.4 课题来源及论文的探讨内容19-21

    1.4.1 课题来源19

    1.4.2 论文的探讨内容19-21

    第2章 切刀切削机理仿真探讨21-39

    2.1 切刀切削岩土的力学模型21-25

    2.1.1 切刀切削软土的力学模型21-23

    2.1.2 切刀切削软岩的力学模型23-25

    2.2 ABAQUS中的Drucker-Prager本构模型25-28

    2.2.1 ABAQUS软件介绍25-26

    2.2.2 Drucker-Prager本构模型26-28

    2.3 切刀切削岩上的仿真研28-38

    2.3.1 切刀切削粘土仿真28-32

    2.3.2 切刀切削软岩仿真32-36

    2.3.3 粘上和软岩切削机理比较36-38

    2.4 本章小结38-39

    第3章 盘形滚刀破岩机理仿真探讨39-55

    3.1 盘形滚刀的破岩机理及力学模型39-43

    3.1.1 盘形滚刀的破岩机理39-40

    3.1.2 盘形滚刀破岩受力的预测模型40-43

    3.2 盘形滚刀破岩仿真43-54

    3.2.1 线切割实验43-44

    3.2.2 基于线切割实验的盘形滚刀破岩仿真44-48

    3.2.3 滚刀破岩机理仿真浅析48-50

    3.2.4 滚刀表面力学性能浅析50-54

    3.3 本章小结54-55

    第4章 全断面掘进机刀具磨损机理探讨55-69

    4.1 盾构刀具切削岩土历程中的磨损机理浅析55-58

    4.1.1 材料磨损的基础论述55-56

    4.1.2 盾构刀具磨损历程浅析及影响因素56-58

    4.2 盾构刀具磨粒磨损仿真探讨58-61

    4.2.1 仿真模型与算法58-59

    4.2.2 仿真结果浅析59-61

    4.3 基于破岩弧长的盘形滚刀磨损探讨61-68

    4.3.1 盘形滚刀破岩轨迹的计算61-63

    4.3.2 盘形滚刀磨损的计算63-68

    4.4 本章小结68-69

    第5章 全断面掘进机切刀的布置规律探讨69-81

    5.1 切削刀具布置的原则69-72

    5.1.1 切刀的布置曲线69-70

    5.1.2 刀盘上切刀的布置数量70-72

    5.2 基于等寿命原则的某盾构刀盘刀具安装数量的优化72-77

    5.2.1 原刀盘刀具布置72-74

    5.2.2 刀具数量的优化74-77

    5.3 刀盘辐条数量和刀宽对刀具布置的影响77-80

    5.3.1 刀盘辐条数量对刀具布置的影响77-78

    5.3.2 刀宽对刀具布置的影响78-80

    5.4 本章小结80-81

    第6章 滚刀刀间距优化及其布置策略探讨81-97

    6.1 基于比能的滚刀刀间距优化81-90

    6.1.1 临界刀间距的确定原则81-82

    6.1.2 滚刀破岩的比能论述82-83

    6.1.3 岩石破碎面积的计算83-86

    6.1.4 滚刀破岩刀间距的优化86-90

    6.2 滚刀的布置原则90-93

    6.2.1 盘形滚刀所受的外力90-91

    6.2.2 刀盘的力学平衡方程91-93

    6.3 某泥水平衡盾构刀盘滚刀布置优化93-96

    6.3.1 原刀盘滚刀布置参数介绍93-94

    6.3.2 刀盘滚刀布置优化94-96

    6.4 本章小结96-97

    第7章 结论与展望97-99

    7.1 结论97

    7.2 展望97-99

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