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Multi-degree-of-freedom coupling dynamic characteristic of TBM disc cutter under shock excitation 被引量:10
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作者 霍军周 孙晓龙 +2 位作者 李广庆 李涛 孙伟 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第9期3326-3337,共12页
When the tunneling boring machine(TBM) cutterhead tunnels, the excessive vibration and damage are a severe engineering problem, thereby the anti-vibration design is a key technology in the disc cutter system. The stru... When the tunneling boring machine(TBM) cutterhead tunnels, the excessive vibration and damage are a severe engineering problem, thereby the anti-vibration design is a key technology in the disc cutter system. The structure of disc cutter contains many joint interfaces among cutter ring, cutter body, bearings and cutter shaft. On account of the coupling for dynamic contact and the transfer path among joint interface, mechanical behavior of disc cutter becomes extremely complex under the impact of heavy-duty, which puts forward higher requirements for disc cutter design. A multi-degree-of-freedom coupling dynamic model, which contains a cutter ring, a cutter body, two bearings and cutter shaft, is established, considering the external stochastic excitations, bearing nonlinear contact force, multidirectional mutual coupling vibration, etc. Based on the parameters of an actual project and the strong impact external excitations, the modal properties and dynamic responses are analyzed, as well as the cutter shaft and bearings' loads and load transmission law are obtained. Numerical results indicate the maximum radial and axial cutter ring amplitudes of dynamic responses are 0.568 mm and 0.112 mm; the maximum radial and axial vibration velocities are 41.1 mm/s and 38.9 mm/s; the maximum radial and axial vibration accelerations are 94.7 m/s2 and 58.6 m/s2; the maximum swing angle and angular velocity of cutter ring are 0.007° and 0.0074 rad/s, respectively. Finally, the maximum load of bearing roller is 40.3 k N. The proposed research lays a foundation for structure optimization design of disc cutter and cutter base, as well as model selection, modification and fatigue life of the cutter bearing. 展开更多
关键词 tunneling boring machine(TBM) disc cutter system joint interface coupled nonlinearity dynamical characteristics
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Numerical and experimental investigation of rock breaking method under free surface by TBM disc cutter 被引量:12
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作者 ZHANG Xu-hui XIA Yi-min +2 位作者 ZENG Gui-ying TAN Qing GUO Ben 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第9期2107-2118,共12页
To study the rock breaking method under the free surface induced by disc cutter,the rock breaking simulations were first conducted based on the discrete element method,and the dynamic process of rock breaking under th... To study the rock breaking method under the free surface induced by disc cutter,the rock breaking simulations were first conducted based on the discrete element method,and the dynamic process of rock breaking under the free surface was studied including stressed zone,crush zone,crack initiation and propagation.Then the crack propagation conditions,specific energy,etc.under different free surface distance(S)were also investigated combined with linear cutting experiments.The results show that the rock breaking process under the free surface induced by disc cutter is dominated by tension failure mode.There exists a critical S to promote crack propagation to free surface effectively.And this rock breaking method can improve the rock breaking force and breaking efficiency significantly when proper. 展开更多
关键词 free surface tunnel boring machine disc cutter rock breaking method
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Geological adaptability matching design of disc cutter using multicriteria decision making approaches 被引量:9
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作者 XIA Yi-min LIN Lai-kuang +3 位作者 WU Dun JIA Lian-hui CHEN Zhuo BIAN Zhang-kuo 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第4期843-854,共12页
Geological adaptability matching design of a disc cutter is the prerequisite of cutter head design for tunnel boring machines(TBMs)and plays an important role in improving the tunneling efficiency of TBMs.The main pur... Geological adaptability matching design of a disc cutter is the prerequisite of cutter head design for tunnel boring machines(TBMs)and plays an important role in improving the tunneling efficiency of TBMs.The main purpose of the cutter matching design is to evaluate the cutter performance and select the appropriate cutter size.In this paper,a novel evaluation method based on multicriteria decision making(MCDM)techniques was developed to help TBM designers in the process of determining the cutter size.The analytic hierarchy process(AHP)and matter element analysis were applied to obtaining the weights of the cutter evaluation criteria,and the fuzzy comprehensive evaluation and technique for order performance by similarity to ideal solution(TOPSIS)approaches were employed to determine the ranking of the cutters.A case application was offered to illustrate and validate the proposed method.The results of the project case demonstrate that this method is reasonable and feasible for disc cutter size selection in cutter head design. 展开更多
关键词 tunnel boring machine(TBM) disc cutter matching design evaluation method multicriteria decision making(MCDM)
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Rock fragmentation under different installation polar angles of TBM disc cutters 被引量:2
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作者 CHENG Yong-liang ZHONG Jue +1 位作者 MEI Yong-bing XIA Yi-min 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第10期2306-2313,共8页
The disc cutters of tunnel boring machine(TBM) are installed with different polar angles. This causes the cutting depth difference between adjacent disc cutters on the tunnel face. A rock-cutting model was established... The disc cutters of tunnel boring machine(TBM) are installed with different polar angles. This causes the cutting depth difference between adjacent disc cutters on the tunnel face. A rock-cutting model was established to study the rock fragmentation law between adjacent disc cutters with different polar angles based on particle flow code(PFC). The influence of polar angle of adjacent disc cutters on rock cracks and stresses under different cutter spacing and penetration was studied. Research shows that polar angle difference leads to the discontinuity of rock-fragmentation process by adjacent cutters. The effect of rock-fragmentation is influenced by the cutting depth difference between adjacent cutters. The effect of rock-fragmentation performed best, meanwhile large rock blocks were flaked when the difference of cutting depth is half of the penetration. Too large or small difference of the cutting depth will cause high specific energy consumption of rock fragmentation. The specific energy consumption is relatively small when the difference of cutting depth is half of the penetration. 展开更多
关键词 tunnel boring machine disc cutter POLAR angle particle flow code rock FRAGMENTATION
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不同围压下TBM盘形滚刀破岩机理与比能耗研究
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作者 周鹏 尚建旭 +3 位作者 张天宇 徐佳璨 王子男 何恩光 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第5期887-894,共8页
为探究不同围压下TBM盘形滚刀的破岩效率与破碎岩片的破坏模式,采用离散元软件PFC2D,基于伺服原理及线性平行黏结理论,通过对花岗岩进行参数标定生成仿真岩石模型,进而建立滚刀二维仿真破岩模型。在滚刀破岩模型的基础上分别设置1、5、1... 为探究不同围压下TBM盘形滚刀的破岩效率与破碎岩片的破坏模式,采用离散元软件PFC2D,基于伺服原理及线性平行黏结理论,通过对花岗岩进行参数标定生成仿真岩石模型,进而建立滚刀二维仿真破岩模型。在滚刀破岩模型的基础上分别设置1、5、10、15、20、30 MPa 6种围压工况,并在6种围压工况下进行滚刀侵入岩石内部5 mm的仿真模拟,对岩石内部微裂纹的扩展、滚刀破岩比能耗、张拉剪切裂纹数量的变化以及破碎岩片的破坏模式进行研究。研究结果表明:1)随着围压的增大,岩石内部裂纹的破坏模式由沿晶裂纹逐渐向穿晶裂纹转变,剪切裂纹占比由9.4%(围压为1 MPa)上升到21.3%(围压为30 MPa)。2)在围压为10 MPa的工况下,两滚刀间裂纹贯通,脱落的岩片体积较其他5种围压工况下明显偏大,此时破岩比能耗较低,破岩效果较好。3)滚刀侵入岩石5 mm后,随着围压的增大岩石内部的裂纹在径向上的扩展被限制。 展开更多
关键词 TBM 围压 裂纹拓展 破岩机理 比能耗 盘形滚刀
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临空面辅助的TBM滚刀群掘进试验与数值模拟
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作者 耿麒 赵振平 +7 位作者 陈建勋 刘伟伟 罗彦斌 马茂勋 李东 冯如兵 吴特力根 李坤 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第4期759-768,共10页
为了揭示临空面下全断面岩石隧道掘进机(TBM)滚刀群动态掘进效果,开展中导洞辅助下全尺度滚刀群掘进围岩室内试验,进行预切槽辅助下全尺度滚刀群掘进围岩数值模拟,评价分级刀盘式和水射流辅助式TBM的临空面辅助围岩掘进特性与效果.对于... 为了揭示临空面下全断面岩石隧道掘进机(TBM)滚刀群动态掘进效果,开展中导洞辅助下全尺度滚刀群掘进围岩室内试验,进行预切槽辅助下全尺度滚刀群掘进围岩数值模拟,评价分级刀盘式和水射流辅助式TBM的临空面辅助围岩掘进特性与效果.对于单轴抗压强度约为40 MPa的围岩,中导洞临空面结构呈“竖直—倾斜—水平—竖直”演化规律,影响区域集中在近临空面侧2~4把滚刀,临空面的临界间距和高度分别为180、130 mm,掘进推力降低10%~20%,围岩可掘进性提升6.7%~21.0%.破岩载荷随同心环预切槽深度增大而先减小后稳定,破岩效率随切槽深度增大而先提高后稳定.切槽深度的临界值为40 mm,与无预切槽情况相比,掘进推力减小至少36%,掘进效率提升至少56%.增大临空面影响范围可提升分级刀盘式TBW破岩掘进效果. 展开更多
关键词 全断面岩石隧道掘进机 临空面 滚刀破岩 刀盘掘进 预切槽
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滚刀滑移状态下的受力与磨损仿真分析 被引量:2
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作者 方应冉 李兴高 +2 位作者 刘泓志 杨益 郭易东 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期93-102,共10页
为探究滚刀滑移状态下破岩的受力与磨损的变化规律,基于离散单元法,建立了同时考虑滚刀自转和绕刀盘公转的滚动圆周切割模型。定义了一个滑移率参数η用于描述滚刀的滑移状态,对不同滑移率工况下滚刀破岩受力和磨损进行了对比分析,并结... 为探究滚刀滑移状态下破岩的受力与磨损的变化规律,基于离散单元法,建立了同时考虑滚刀自转和绕刀盘公转的滚动圆周切割模型。定义了一个滑移率参数η用于描述滚刀的滑移状态,对不同滑移率工况下滚刀破岩受力和磨损进行了对比分析,并结合工程实例对数值仿真结论进行了验证,结果表明:数值仿真中垂直力F_(V)和滚动力F_(R)在CSM模型计算值附近波动,两者较为吻合,表明了本文模型的合理性。数值仿真结果表明,随着滑移率η的增大,垂直力F_(V)呈轻微减小趋势,滚动力F_(R)明显变大,从滚动破岩到滑动破岩,垂直力F_(V)降幅为23.6%,滚动力F_(R)增幅达83.7%,滑动破岩将导致滚刀偏磨。工程实测数据表明,刀盘上大量滚刀处于正常磨损状态时,主要表现为推力增大。大量滚刀处于偏磨状态时,主要表现为扭矩增大,其中偏磨滚刀占比19.05%和28.57%时,扭矩增幅分别为55.85%和261.51%。滚刀正常磨损和偏磨均大量存在时,表现为扭矩推力同步增大,其中偏磨滚刀占比21.43%时,扭矩增幅为80.89%。数值仿真和实测数据表现出较高的一致性。综合4次开仓换刀结果,可将刀盘扭矩增幅超过50%作为判定大量滚刀发生偏磨的重要依据。 展开更多
关键词 全断面岩石掘进机(TBM) 离散单元法 运动状态 滑移率 滚刀偏磨
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激光间歇钻孔辅助TBM滚刀侵入花岗岩试验研究 被引量:1
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作者 聂雄 张康成 +3 位作者 陈振宇 彭赐彩 林赉贶 张魁 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第10期2041-2048,I0005-I0012,共16页
针对隧道掘进机(TBM)掘进高承载压力、高强度、高石英含量等极端地层时盘型滚刀(简称滚刀)磨损严重导致其综合切削性能低下等问题,提出一种激光辅助破岩模式用于提高滚刀破岩效率;并以激光间歇钻孔辅助缩尺滚刀侵入花岗岩为例,设置测试... 针对隧道掘进机(TBM)掘进高承载压力、高强度、高石英含量等极端地层时盘型滚刀(简称滚刀)磨损严重导致其综合切削性能低下等问题,提出一种激光辅助破岩模式用于提高滚刀破岩效率;并以激光间歇钻孔辅助缩尺滚刀侵入花岗岩为例,设置测试组(预制激光孔)与对照组(无预制激光孔),进行给定孔-孔距为2 mm时不同刀-孔距的滚刀侵入岩石试验。通过对比2组中岩石的宏观碎裂、岩石碎裂负荷和比能(E_(SE))分析岩屑质量、破碎过程中滚刀所受垂直力以及耗能情况,讨论该方法的可行性和有效性。结果表明:1)破岩量随着刀-孔距的增大呈现出先增加后减小的趋势,在刀-孔距为5 mm时破岩量最大;2)在侵入深度为3 mm时,垂直力随着刀-孔距增加大致呈现出先减小后增大的趋势,在刀-孔距大于5 mm后,滚刀垂直力变化不大;3)E_(SE)随着刀-孔距的增加出现先下降后上升的趋势,其中刀-孔距为5 mm时E_(SE)最低。 展开更多
关键词 TBM 激光钻孔 滚刀 侵岩试验
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TBM换刀机器人新型刀具系统设计分析
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作者 刘四进 马浴阳 +4 位作者 王华伟 王军 薛峰 魏英杰 喻星乔 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第10期2094-2102,共9页
为解决TBM掘进过程中传统滚刀换刀周期长、安全隐患大等问题,研制一种可用于机器人更换滚刀的新型刀具系统并对其进行动力学分析。采用牛顿第二定律和集中质量参数法建立新型刀具系统的动力学微分方程,并利用Newmark数值方法进行求解,... 为解决TBM掘进过程中传统滚刀换刀周期长、安全隐患大等问题,研制一种可用于机器人更换滚刀的新型刀具系统并对其进行动力学分析。采用牛顿第二定律和集中质量参数法建立新型刀具系统的动力学微分方程,并利用Newmark数值方法进行求解,分析系统各构件响应规律;设计并开展新型刀具系统缩尺样件振动试验,验证新型刀具系统在实际破岩时的动力学行为,进行基于实测载荷的系统动态响应分析。研究结果表明:1)滚刀的理论与试验垂向振动位移均值相对误差为9.99%,刀箱的理论与试验垂向振动位移均值相对误差为5.18%,验证了所建立的系统垂向动力学模型的正确性;2)实际载荷下系统振动均方根值和幅值最大值分别为0.230 mm和0.7003 mm,为预测系统在实际破岩时的动力学行为提供理论依据。 展开更多
关键词 Newmark数值方法 刀具系统 动力学响应 质量法 TBM 换刀机器人
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TBM窄刃刀与标准刀现场性能对比测试与分析
10
作者 郑加星 贾昊霖 +4 位作者 裴成元 杜立杰 李青蔚 宋闻学 唐荣 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第2期360-367,共8页
极硬岩条件下如何进行刀具选型,使TBM掘进速度和刀具消耗取得综合效益,是有待解决的具有争议性的问题。为此,依托新疆YE工程现场TBM实际掘进,在岩石单轴抗压强度为100~150 MPa的完整Ⅱ类凝灰岩条件下,对比测试刀盘主要区域窄刃刀和标准... 极硬岩条件下如何进行刀具选型,使TBM掘进速度和刀具消耗取得综合效益,是有待解决的具有争议性的问题。为此,依托新疆YE工程现场TBM实际掘进,在岩石单轴抗压强度为100~150 MPa的完整Ⅱ类凝灰岩条件下,对比测试刀盘主要区域窄刃刀和标准刀的掘进性能表现以及刀具消耗情况,探索降低滚刀刀圈刃宽,提升TBM贯入度和掘进速度的可行性与合理性。结果表明:1)使用窄刃刀破岩对贯入度和施工速度有着较为明显的提升,且随着围岩抗压强度的增加,窄刃刀对掘进速度的提升效果明显;2)与标准刀相比,窄刃刀消耗数量也有较大增加,但2种滚刀的失效形式占比情况大致相同,对TBM作业利用率影响极小;3)经综合成本估算,窄刃刀通过提升施工速度节省的成本远高于刀具消耗增加的成本。 展开更多
关键词 TBM 滚刀 刀刃宽度 贯入度 掘进速度 刀具消耗
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TBM快速换刀用旋转摩擦体新型刀座的设计及试验研究
11
作者 赵海雷 刘伟 +4 位作者 裴成元 吴磊 王利明 秦银平 白彦磊 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第S2期478-484,共7页
针对敞开式TBM传统刀座零部件较多、更换复杂、无法快速拆装刀具的问题,分析传统刀具楔块拉紧刀轴的受力特点,进行减少刀座零部件安装的旋转摩擦体新型刀座设计,实现人工或者机器人快速拆装刀具。利用有限元软件和接触理论,建立刀座紧... 针对敞开式TBM传统刀座零部件较多、更换复杂、无法快速拆装刀具的问题,分析传统刀具楔块拉紧刀轴的受力特点,进行减少刀座零部件安装的旋转摩擦体新型刀座设计,实现人工或者机器人快速拆装刀具。利用有限元软件和接触理论,建立刀座紧固力学模型,研究新型刀座整体、滚刀刀轴、内旋转块、刀箱以及压紧块的应力与变形量情况,并开展新型刀座的足尺破岩验证试验和新型刀座用刀轴的分级静载试验。试验结果表明:旋转摩擦体新型刀座具有较高的可靠性,其换刀效率较传统刀座提升了45%左右。 展开更多
关键词 TBM 滚刀 旋转摩擦体 新型刀座
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抽水蓄能电站TBM硬岩掘进滚刀磨损研究
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作者 姜桥 王双敬 +4 位作者 荆留杰 施云龙 魏晓龙 李鹏宇 杨晨 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第S2期470-477,共8页
为分析TBM硬岩掘进时刀盘分区滚刀的磨损规律,以文登抽水蓄能电站排水廊道TBM硬岩掘进滚刀磨损数据为例,通过对滚刀运动形式的分析,研究中心滚刀异常磨损机制,建立基于掘进参数的滚刀磨损量预测模型。研究结果表明:1)硬岩掘进过程中刀... 为分析TBM硬岩掘进时刀盘分区滚刀的磨损规律,以文登抽水蓄能电站排水廊道TBM硬岩掘进滚刀磨损数据为例,通过对滚刀运动形式的分析,研究中心滚刀异常磨损机制,建立基于掘进参数的滚刀磨损量预测模型。研究结果表明:1)硬岩掘进过程中刀盘在最大推力作用下无法有效破岩,滚刀半径与安装半径不协调造成中心滚刀区域异常磨损;2)提出的滚刀磨损预测模型可准确反映出掘进参数、掘进进尺和安装半径的综合影响。 展开更多
关键词 抽水蓄能电站 TBM 滚刀磨损 掘进参数 磨损预测
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岩石节理倾角和间距对隧道掘进机破岩特性影响的试验研究 被引量:45
13
作者 邹飞 李海波 +4 位作者 周青春 莫振泽 朱小明 牛磊 杨风威 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期1640-1646,共7页
为了研究岩体节理参数(节理间距和节理倾角)对全断面岩石掘进机(TBM)盘形滚刀破岩效果的影响,对实际条件进行简化,在改进的试验装置上进行压头作用下相似材料的变形、破坏试验。采集整个加载过程中压头的侵入深度和荷载数据,并采用相机... 为了研究岩体节理参数(节理间距和节理倾角)对全断面岩石掘进机(TBM)盘形滚刀破岩效果的影响,对实际条件进行简化,在改进的试验装置上进行压头作用下相似材料的变形、破坏试验。采集整个加载过程中压头的侵入深度和荷载数据,并采用相机实时拍摄,获得试件表面破坏的发展过程以及最终破坏形态。试验结果表明,当节理倾角一定时,随着节理间距增大,达到跃进点的贯入荷载值增加,侵入功以及主裂纹扩展能量也都呈增大趋势,当α=0°、90°时,抗侵入系数基本一致,当α=30°、60°时,抗侵入系数逐渐增大。当节理间距一定时,随着角度的增加,跃进点荷载、抗侵入系数、侵入功以及主裂纹扩展能量都呈现先减小后增大趋势,在α=30°时,各值都为最小值。根据试件破坏后形态分析发现,节理的空间特征对裂纹扩展模式有明显的控制作用,对破坏区域的形成也有明显的限制。 展开更多
关键词 隧道掘进机 盘形滚刀 节理参数 贯入荷载
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基于UDEC的隧道掘进机滚刀破岩数值模拟研究 被引量:41
14
作者 莫振泽 李海波 +4 位作者 周青春 何恩光 邹飞 朱小明 赵羽 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期1196-1202,1209,共8页
现今全断面隧道掘进机(TBM)施工方法在长大深埋隧道工程中已被广泛采用,对滚刀破岩关键技术的进一步认识具有重要的工程价值。为了研究滚刀破岩机制,分析刀圈断面形态、岩石强度和节理角度对其的影响,运用UDEC方法建立了滚刀贯切岩石的... 现今全断面隧道掘进机(TBM)施工方法在长大深埋隧道工程中已被广泛采用,对滚刀破岩关键技术的进一步认识具有重要的工程价值。为了研究滚刀破岩机制,分析刀圈断面形态、岩石强度和节理角度对其的影响,运用UDEC方法建立了滚刀贯切岩石的二维数值系列模型,对TBM滚刀破岩过程进行了仿真。分析表明:滚刀破岩是滚刀下岩石拉破坏和剪破坏的综合反映,拉破坏是裂纹萌生与扩展的主要驱动机制;刃宽较大的平刀与刃角较大的楔刀破岩效果较好;平刀与楔刀在软岩中破岩效果相近,平刀在硬岩施工中比楔刀的破岩效果好;滚刀对节理角度为30°~60°的岩石破坏效果较好,由于楔刀的"劈裂"作用,楔刀比平刀更适合用于贯切含有节理的岩石。 展开更多
关键词 隧道掘进机 滚刀 破岩机制 UDEC 数值仿真
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楔刀作用下岩石微观劣化的试验研究 被引量:27
15
作者 莫振泽 李海波 +4 位作者 周青春 邹飞 朱小明 王长柏 郝亚飞 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1333-1340,共8页
通过改装RMT-150C系统,使用不同刃角的楔形刀具对花岗岩进行贯切试验,利用DISP声发射测试系统进行声发射的定位特征分析,研究岩石在楔形刀具作用下损伤劣化破坏的全过程。试验结果表明:声发射试验是一种研究TBM滚刀破岩微观机制的有效方... 通过改装RMT-150C系统,使用不同刃角的楔形刀具对花岗岩进行贯切试验,利用DISP声发射测试系统进行声发射的定位特征分析,研究岩石在楔形刀具作用下损伤劣化破坏的全过程。试验结果表明:声发射试验是一种研究TBM滚刀破岩微观机制的有效方法,脆性岩石材料的破坏过程是内部微裂纹的萌生和扩展过程的宏观反映;在楔刃刀具匀速贯入时,声发射信号随着荷载的变化呈一定对应趋势的变化,荷载-贯入度曲线能反映试件内的损伤历程;声发射2D定位结果显示,在岩石破碎区的密实核下方存在"损伤核",它由微震裂源增生丛聚分布形成,核内劣化程度高,是孕育密实核的场所,为TBM滚刀作用下岩石的宏观破裂现象提供了解释和依据;楔刀跃进式的挤压贯切岩板试件,钝刃刀具产生"球状"损伤核,尖刃刀具产生"水滴状"损伤核,钝刃刀具贯切试件产生更深的贯入度和更宽的损伤核,致使试件中不仅破碎深度大,而且破损范围广,破岩效果优于尖刃刀具。 展开更多
关键词 隧道掘进机 滚刀 破岩 声发射 损伤核
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基于CSM模型的硬岩TBM滚刀磨损预测方法 被引量:30
16
作者 李刚 朱立达 +1 位作者 杨建宇 王宛山 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期32-35,共4页
为解决硬岩TBM在掘进时滚刀磨损检测难的问题,以岩石断裂力学为理论基础,深入分析了TBM滚刀的破岩机理,并基于Colorado school of mincs(CSM)模型提出了一种新的滚刀磨损预测方法。通过滚刀与岩石相互作用的力学模型,利用刀盘比能预测... 为解决硬岩TBM在掘进时滚刀磨损检测难的问题,以岩石断裂力学为理论基础,深入分析了TBM滚刀的破岩机理,并基于Colorado school of mincs(CSM)模型提出了一种新的滚刀磨损预测方法。通过滚刀与岩石相互作用的力学模型,利用刀盘比能预测了滚刀的磨损。结合秦岭隧道工程实例,对滚刀磨损水平进行了量化研究,预测结果与实际情况相符,从而验证了模型的有效性。 展开更多
关键词 全断面硬岩掘进机 滚刀 滚刀磨损 磨损预测模型
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全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩模拟 被引量:20
17
作者 张珂 王腾跃 +2 位作者 孙红 王贺 赵凯军 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2010年第6期1209-1213,1218,共6页
目的通过破岩模拟优化盘型滚刀刀圈,改善滚刀的设计,减少滚刀失效,提高滚刀使用寿命.方法根据岩石Drucker-Prager塑性准则和岩石力学特性,利用ABAQUS有限元软件模拟了破岩过程中盘型滚刀和岩石的受力和变形,分析了不同压入深度对受力和... 目的通过破岩模拟优化盘型滚刀刀圈,改善滚刀的设计,减少滚刀失效,提高滚刀使用寿命.方法根据岩石Drucker-Prager塑性准则和岩石力学特性,利用ABAQUS有限元软件模拟了破岩过程中盘型滚刀和岩石的受力和变形,分析了不同压入深度对受力和变形的影响.结果研究结果显示,当盘型滚刀的压入深度为0.76 mm时,岩石和滚刀接触出现破碎;随着滚刀压入深度的增加,对应岩石破碎区的应力区和变形区增大,但应力区的增大更显著.结论研究结果对理解TBM的破岩机理和盘型滚刀的结构优化具有一定的参考价值,同时为今后进一步使用有限元软件模拟滚刀破岩的研究打下了基础. 展开更多
关键词 全断面岩石掘进机 盘形滚刀 破岩 有限元
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TBM盘形滚刀磨损预测模型 被引量:24
18
作者 谭青 孙鑫健 +3 位作者 夏毅敏 蔡小华 朱震寰 张晋浩 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期54-60,共7页
为了研究TBM盘形滚刀破岩过程中的磨损行为,首先通过分析刀具与刀盘的运动规律推导等截面盘形滚刀运动学公式,结合磨粒磨损理论及刀岩接触力学模型建立盘形滚刀磨损预测模型,并利用MATLAB软件开发滚刀磨损量的预测模拟程序。将该模型应... 为了研究TBM盘形滚刀破岩过程中的磨损行为,首先通过分析刀具与刀盘的运动规律推导等截面盘形滚刀运动学公式,结合磨粒磨损理论及刀岩接触力学模型建立盘形滚刀磨损预测模型,并利用MATLAB软件开发滚刀磨损量的预测模拟程序。将该模型应用到某引水工程中对滚刀磨损过程进行仿真,得到盘形滚刀的磨损形貌演变规律。研究结果表明:仿真磨损量与实测磨损量随刀位号变化趋势基本一致,刀盘上各个安装位置处仿真预测的滚刀刀圈正面及侧面磨损值与实测值的平均相对误差分别为18%和30%。刀刃逐渐磨损成尖形,所得磨损形态与工程实际观测相吻合。 展开更多
关键词 TBM 盘形滚刀 磨损预测 数值仿真
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盘形滚刀与岩石相互作用研究综述 被引量:48
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作者 宋克志 袁大军 王梦恕 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2005年第6期66-69,92,共5页
研究目的:盘形滚刀是一种重要破岩刀具,主要用在掘进机(TBM)、复合式盾构及岩石盾构的刀盘上。研 究盘形滚刀与岩石相互作用对于分析盘形滚刀破岩机理、指导刀盘刀具设计、提高破岩效率与掘进性能及降低 能耗都具有重要的理论意义和实... 研究目的:盘形滚刀是一种重要破岩刀具,主要用在掘进机(TBM)、复合式盾构及岩石盾构的刀盘上。研 究盘形滚刀与岩石相互作用对于分析盘形滚刀破岩机理、指导刀盘刀具设计、提高破岩效率与掘进性能及降低 能耗都具有重要的理论意义和实用价值。 研究方法:文献综合分析和研究。 研究结果:扼要分析了隧道掘进机盘形滚刀破岩的基本原理、滚刀的截面形式及几何参数,并就滚刀与岩 石相互作用机理、滚刀破岩力、掘进性能预测等方面,对国内外具有代表性的研究成果进行了综述。 研究结论:指出影响盘形滚刀与岩石相互作用的因素主要有机械因素和地质因素。 展开更多
关键词 隧道掘进机 滚刀 破岩力 相互作用 掘进性能
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全断面硬岩TBM滚刀磨损关键技术分析 被引量:13
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作者 张珂 王贺 +1 位作者 吴玉厚 赵凯军 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2009年第2期351-354,共4页
目的研究全断面硬岩掘进机(TBM)刀盘上滚刀的相关关键技术,分析破岩机理及滚刀的磨损问题.方法以双护盾TBM刀盘为研究对象,将岩石的硬脆特性与压痕断裂力学相结合,确定破岩机理及影响滚刀磨损的因素.确定滚刀布置原则、运动特性、破岩... 目的研究全断面硬岩掘进机(TBM)刀盘上滚刀的相关关键技术,分析破岩机理及滚刀的磨损问题.方法以双护盾TBM刀盘为研究对象,将岩石的硬脆特性与压痕断裂力学相结合,确定破岩机理及影响滚刀磨损的因素.确定滚刀布置原则、运动特性、破岩机理和滚刀磨损形式及其主要影响因素.结果结果表明,TBM刀盘设计制造要满足耐磨性的要求,滚刀布置要符合空间力系平衡,刀具高度应一致,高度差不应大于15 mm,防止刀盘滚刀会发生大面积磨损.除常规的检测刀具磨损外还要注重掘进过程中的参数观测,一旦发生特殊情况,应及时检测及更换刀具,防止其他刀具也受到损坏.结论刀盘设计要符合耐磨性要求,同时应增强对常规磨损参数检测和掘进参数的观测,控制滚刀磨损量,优化TBM掘进参数,防止大面积刀具磨损发生. 展开更多
关键词 全断面硬岩掘进机 滚刀 磨损 TBM刀盘
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