全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)刀具磨損狀態(tài)的分析與識(shí)別.pdf

1、全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM)是一種專門用于開挖巖石隧道與地下通道工程的大型高科技施工裝備。在硬巖TBM掘進(jìn)過程中,刀具磨損消耗一直是困擾施工效率的瓶頸問題之一。本論文以硬巖TBM的滾刀為對(duì)象,圍繞著刀具磨損狀態(tài)檢測理論與預(yù)估方法展開研究。在研究中從裝備載荷與能耗信息分析入手,建立這些信息與刀具摩擦和磨損的關(guān)聯(lián),進(jìn)而從載荷與能耗信息的響應(yīng)變化中對(duì)刀具磨損狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別與提取,以此建立刀具磨損的分析方法與刀具磨損狀態(tài)實(shí)時(shí)預(yù)估模型,并結(jié)合工程采集

2、的掘進(jìn)數(shù)據(jù),對(duì)上述模型適用性進(jìn)行了比較和驗(yàn)證。
　　本論文對(duì)常截面(CCS)盤形滾刀進(jìn)行受力分析,通過力學(xué)分析和有限元數(shù)值模擬研究了刀具與巖體接觸曲面弧長上的載荷分布,提出了在接觸曲面弧長上分布載荷的近似拋物線分布模型,通過相關(guān)試驗(yàn)研究結(jié)果和實(shí)際工程中的載荷數(shù)據(jù),驗(yàn)證了這一載荷分布模型的有效性。通過分析掘進(jìn)參數(shù)與刀具幾何構(gòu)形參數(shù)間的關(guān)聯(lián),建立了檢測刀具磨損的分析方法。在建立刀具載荷分布模型的基礎(chǔ)上,本論文進(jìn)一步分析了硬巖TBM掘進(jìn)

3、參數(shù)與巖體參數(shù)和刀具幾何構(gòu)形之間的相互關(guān)系。通過對(duì)比能的研究,結(jié)合上述研究結(jié)果,提出了預(yù)估刀具磨損的掘進(jìn)比能公式,建立了預(yù)估刀具磨損量的能量方法。并通過土耳其 Kozyatagi-Kadikoy(Ko-Ka)地鐵隧道和秦嶺隧道對(duì)這一方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　本論文從裝備能耗及其變化信息分析出發(fā),進(jìn)一步研究了TBM掘進(jìn)過程中摩擦功對(duì)扭矩功和推力功的影響,討論了扭矩功與推力功之間存在相互關(guān)系,從能耗信息的響應(yīng)變化中對(duì)刀具磨損狀態(tài)進(jìn)