TBM盤形滾刀磨損機(jī)理及其數(shù)值模擬.pdf

1、全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)是以機(jī)械、激光、電子、液壓、傳感器、信息技術(shù)為一體的高度機(jī)械化和自動化的大型工程機(jī)械。盤形滾刀是全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的關(guān)鍵性部件之一,其直接與巖石表面進(jìn)行接觸。掘進(jìn)機(jī)施工工程中,刀具的費(fèi)用占到工程費(fèi)用的三分之一,所以研究盤形滾刀的磨損及失效形式對降低工程費(fèi)用,保證工程進(jìn)度具有重要的現(xiàn)實意義。本文通過理論分析和數(shù)值模擬對盤形滾刀的受力狀況及磨損過程進(jìn)行了分析。研究的主要內(nèi)容如下:
　　 1)首先對盤形滾刀的結(jié)構(gòu)

2、、滾刀的失效形式進(jìn)行了分析;然后研究了盤形滾刀的破巖機(jī)理;最后基于摩擦磨損學(xué)原理,結(jié)合滾刀破巖機(jī)理,對盤形滾刀的磨損機(jī)理進(jìn)行了分析。分析表明:盤形滾刀切割巖石主要依靠滾刀的沖擊和碾壓來破巖的,而盤形滾刀的磨損則屬于磨料磨損。
　　 2)基于ABAQUS/Explicit軟件,建立盤形滾刀切割巖石的有限元模型,并對其進(jìn)行了動態(tài)模擬和動力學(xué)分析,分析了不同磨損量下滾刀的受力狀況,研究結(jié)果表明:盤形滾刀受到最大瞬時接觸力為接觸力平均值

3、的2~3倍,為盤形滾刀軸承的設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　 3)對國內(nèi)外刀具磨損及失效的檢測技術(shù)的研究與比較,證實了羅賓斯遠(yuǎn)程刀具監(jiān)控系統(tǒng)更具有廣泛的應(yīng)用性,為隧道掘進(jìn)工程的刀具質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的搭建提供了依據(jù)。
　　 4)對不同盤形滾刀磨損模型進(jìn)行了對比和研究,再通過ABAQUS/Explicit用戶子程序VFRIC,將滾刀磨損模型寫入,采用罰接觸算法對滾刀磨損過程進(jìn)行數(shù)值模擬。研究結(jié)果表明:相對于預(yù)測公式,由于數(shù)值模擬能夠克