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硬岩隧道掘进机滚刀破岩仿真与磨损的研究
| 论文题名： | 硬岩隧道掘进机滚刀破岩仿真与磨损的研究 |
| 关键词： | 硬岩隧道;掘进机;盘形滚刀;破岩机理;有限元分析 |
| 摘要： | 由于我国大规模基础建设的展开，所需要建设的隧道也越来越多，而盾构机能够以更快的速度和更高的质量以及更低的成本完成对隧道的开挖，因此，对盾构机的需求也越来越急切。硬岩隧道掘进机，为盾构机的一种，主要用于硬质地层的开挖，在用硬岩隧道掘进机开挖隧道的过程中，掘进机最前部的刀盘所处的工作环境十分复杂，滚刀破岩过程中滚刀对刀盘作用力直接影响着掘进机掘进的方向，而盘形滚刀破碎切割岩石，在不同的施工参数下的效果又不一样，且滚刀的磨损情况十分严重，直接影响着施工的进度和成本。因此，对硬岩隧道掘进机刀盘受力的研究，盘形滚刀破岩机理及磨损情况进行研究，滚刀在不同工况下的破岩效果及对滚刀磨损的预测就十分重要。 本文首先介绍分析了盘形滚刀的破岩机理，针对于目前存在的三种破岩理论进行了详细的阐述，针对本文所采用的常截面滚刀，基于CSM模型Rostami公式开发了本文滚刀破岩受力理论计算模型。 其次，本文建立了硬岩隧道掘进机刀盘部位零部件的三维数字模型，并且根据盘形滚刀在刀盘上的分布和位置参数，并考虑岩石的特性及施工参数建立了刀盘在掘进过程仿真模型。对滚刀破岩时水平及竖直方向的受到力及倾覆力矩进行仿真分析并利用Matlab来计算结果，从而来研究滚刀在破岩过程中刀盘在水平和竖直方向上受力和倾覆力矩。 针对于盘形滚刀破岩的问题，本文利用ABAQUS有限元分析软件，采用Drucker-Prager岩石损伤破坏本构模型建立了盘形滚刀破岩的有限元分析模型，并且对比盘形滚刀破岩垂直力的仿真值及理论值，来验证本文所开发的有限元模型的准确性。 对于不同工作情况下滚刀破岩效果的问题，本文采用建立的滚刀破岩的有限元分析模型，对滚刀在不同刀间距、破岩切割速度及贯入度等条件下进行有限元仿真分析，探讨不同参数下滚刀的破岩效果和滚刀的受力情况。 至于滚刀破岩过程中的磨损问题，本文结合CSM模型Rostami公式建立了滚刀在不同磨损半径下的磨损—受力模型，并且通过对本文开发的不同磨损半径下的滚刀三维模型的ABAQUS有限元分析，对比滚刀受力的仿真计算结果及本文开发模型理论计算结果，来验证本文所建立的滚刀磨损模型合理性。 |
| 作者： | 刘锟 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 巩亚东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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