详情

原文传递全断面岩石掘进机破岩机理研究及其试验台的设计与分析

论文题名：	全断面岩石掘进机破岩机理研究及其试验台的设计与分析
关键词：	全断面岩石掘进机;破岩机理;有限元分析;试验台;液压驱动系统;仿真分析;滚刀系统
摘要：	全断面岩石掘进机简称掘进机或TBM，自美国罗宾斯公司于1952年生产了第一台刀盘直径为8m可以投入实地施工的掘进机以来，至今已有近60年的发展历史了。现如今，随着世界交通的迅猛发展和大最能源供给的需要，以及设计理论的完善和施工方法的进步，国内外修建隧洞的数目和长度都在不断增加。全断面岩石掘进机因其具有快速、高效、安全、环保等优点被广泛应用于全球范围内的各项隧道施工进程中。在我国未来基础建设中，掘进机的应用比例会越来越高。　　全断面岩石掘进机技术是一种包涵机械、控制、液压、电气、信息等多学科技术的大型隧道掘进设备，其构造原理和工作过程相当复杂，而且不同类型掘进机的还各不相同。由于其组成结构较多，在实际施工中每一个设备部件出现问题，都会导致整体施工进程的终止。因此现场施工技术人员需要详细掌握盾构机的结构组成和动作原理，以便出现问题可以及时确认发生放障的部位，并进行现场抢修确保其继续工作，降低因技术问题而延误工期所带来的损失。　　刀盘刀具技术是掘进机的核心技术之一，刀具的检修和更换所占用的时间及费用在整个施工中占有很大比例。通过对掘进机现场施工调查分析发现，盘形滚刀系统的失效是其失效的主要形式。引起滚刀失效的因素有很多，因为盘形滚刀破岩过程具有非常复杂的物理现象和力学特征。本文基于ANSYS建立了滚刀破岩的有限元模型，并模拟了滚刀切割不同种类岩石的过程，研究分析了滚刀及岩石的应力、应变和岩石的破碎情况。分析研究结果得出：岩石受力达到极限应力值即发生破碎，不同岩石极限应力不同，所以破碎区域也不同。相同载荷作用下，4种岩石破碎程度由高到低依次为硬砂岩、片麻岩、片岩和大理岩。相同载荷作用下，岩石变形区域大小主要山其弹性模量决定，4种岩石变形程度由高到低依次为硬砂岩、片岩、片麻岩和大理岩。同种岩石破碎区的大小主要由作用在岩石上的载荷决定，载荷越大，岩石破碎区域越大，载荷越小岩石破碎区域越小。　　另外，物理模拟实验足提高掘进机系统设计和施工可靠性的有效手段，研制全断面掘进机综合试验台是掌握掘进机关键技术必备的条件。本文设计了一种可用来模拟掘进机滚刀破岩过程的试验平台，可同时进行两把滚刀的滚压实验，可模拟刀盘不同位置滚刀切割岩石过程和刀盘不同转速破岩过程，还可进行刀具材料的耐磨试验以及不同尺寸滚刀切割试验。本文对试验机的总体结构进行了设计，并通过有限元分析，得到了岩石滚刀试验机各结构部件的应力分布图、应变图以及安全系数图，得到的结果均符合设计要求。同时还对试验机的液压驱动系统进行了设计和仿真分析，结果也都满足设计的要求。
作者：	孙健
专业：	机械电子工程
导师：	吴玉厚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	沈阳建筑大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文