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硬岩隧道掘进机滚刀磨损机理研究
| 论文题名： | 硬岩隧道掘进机滚刀磨损机理研究 |
| 关键词： | 隧道施工;掘进机;盘形滚刀;磨损机理 |
| 摘要： | 全断面岩石隧道掘进机（TBM）以其快速、环保、安全等优点，在岩石隧道挖掘中被广泛使用。在隧道施工中，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。目前，有关TBM滚刀磨损的研究很多，主要集中在对磨损机理定性的研究或者通过工程数据得到滚刀磨损的经验公式，从机理角度定量分析滚刀磨损的研究还需进一步深入。 本文通过M-200型磨损试验机进行了干摩擦状态下的滑动摩擦磨损试验，模拟了盘形滚刀的磨损行为。通过分析试样的磨损形貌，分析了滚刀磨损机理。利用试验结果定量地分析了岩石硬度以及摩擦系数对滚刀磨损量的影响规律，并对试验结果进行了拟合。同时定性地分析了润滑对摩擦状态以及磨损量的影响。试验结果显示在大载荷状态下磨损形式发生了转变，在大载荷作用下，磨损一定时间后，将会出现疲劳磨损，并分析了疲劳磨损对磨损量的影响。 利用软件ABAQUS建立了盘形滚刀破岩过程的有限元模型，基于该模型研究了滚刀滑移现象以及滚刀受力分布情况。通过该模型定量地研究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，并建立了滚刀滑移计算模型。同时，利用有限元模型研究了破岩过程中滚刀载荷分布情况，发现滚刀载荷分布形式为中间凸起，两边扁平，有限元结果与CSM模型中相关结论基本一致。 根据以上结论，综合考虑振动对滚刀磨损的影响，建立了盘形滚刀磨损预测模型。该模型同时考虑了岩石特性以及TBM操作参数对滚刀磨损的影响。利用该模型结合大伙房隧道施工数据，对施工中滚刀的磨损量进行了预测，预测结果与实际滚刀磨损值较为接近。所得结果可为TBM刀具磨损预测提供参考。本文共有图47幅，表11个，参考文献67篇。 |
| 作者： | 刘海龙 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 秦庆华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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