全断面硬岩掘进机滚刀系统优化及实验研究

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1、气－奪Ｉ硕±学位论文全断面硬岩掘进机滚刀系统化化及实验研究ＴＢＭＣｕｔｅｒＳｙｓｔ；ｅｍＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏ。ａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉａｌＲｅｓｅａｒｃｈ巧导教师：张測教授学誦域：机械工程巧业学位）＞Ａ，＼＆爲破建楚少Ｉ二。省二月．＇．、Ｉ馨声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加Ｗ标注和致谢的地方外己经，不包含其他人发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料

2、。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢暴。作者签名：李若曰期：叫年片月学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用学位论文的规定：巧学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学（或其授权机构）可Ｌ乂将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏览。（如作者和导师同意论文交流。），请在下方签名；否则视為不同意作者和导

3、师同意网上交流的时间为作者获得学位后：不限□半年□一年一年半〇两年□作者签名：妻違导师签名：曰期：年ａ月曰期：年月分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文全断面硬岩掘进机滚刀系统优化及实验研究作者姓名：李岩入学年份：2012年9月指导教师：张珂教授学科领域：机械工程（专业学位）申请学位：工程硕士所在单位：交通与机械工程学院论文提交日期：2014年11月论文答辩日期：2014年12月学位授予日期：2015年1月答辩委员会主席：赵凯军答辩委员会组成：赵凯军张

4、晓霞李颂华张丽秀闵莉赵德宏石怀涛论文评阅人：陈士忠朱立达硕士研究生学位论文摘要III摘要随着地下空间的开发利用，全断面隧道掘进机（TBM）已经逐渐走进中国市场，并占有一席之地。TBM是一种对隧道进行全断面施工的机电一体化的高端装备，近几年国内的交通环境和市政建设都发生了很大变化，使TBM得到了广泛的应用。我国地广物博，岩土种类繁多、地质复杂多变，这对掘进机的寿命、磨损程度、承载载荷等因素都提出了更高的要求。而在实际作业中，施工效率直接与经济效益紧密联系，是施工单位最为看重的一项指标。大量的研究分析与实践检

5、验表明，滚刀刀盘是影响TBM掘进效率关键的因素，所以通常把优化滚刀布局作为提高效率的核心任务之一。在实际作业中，刀具系统若发生失效，将直接对作业时间产生较大影响，不仅降低了掘进效率，而且提高了作业成本。因此，刀具如何布置、贯入度如何选择等，是影响刀具系统性能及稳定性的关键因素。本文通过阅读国内外文献，并掌握国内外研究现状基础上，深入分析了盾构机的发展现状和实际应用，并结合实验研究，运用有限元软件对双滚刀切割岩石的过程进行仿真模拟。本论文主要研究工作如下：（1）主要针对掘进工程中岩石对盘形滚刀的磨损进行了仿

6、真模拟分析，通过分析滚刀结构等因素找出最佳刀圈刀刃的角度，研究优化滚刀结构与较少滚刀磨损量之间的关系，从而找到优化滚刀设计结构方法及依据。（2）运用有限元ANSYS软件仿真模拟双滚刀滚切砂岩过程，观察岩石破碎情况并分析其受力。同时，通过改变滚刀刀间距、贯入度等施工条件，找出贯入度与刀间距最佳对应关系。此项研究结果对优化滚刀布局、提高破岩效率具有重要意义。（3）对新型双滚刀岩石综合试验台切割花岗岩过程进行模拟，分析试验台关键部件的应力、应变分布情况，并分析试验台在各阶模态下的振动情况。利用实际生产出来的样机

7、，进行实际滚切实验验证，分析刀具受力、振动及支撑框架的振动情况及中阶振型对试验台的影响。通过分析结果，仔细研究滚刀的破岩机理、结构特点等，对滚刀的特性有了更加深入的了解，为研究掘进机奠定了坚实基础。关键词：全断面岩石掘进机；滚刀；ANSYS；模拟；刀间距硕士研究生学位论文AbstractVAbstractWiththedevelopmentandutilizationofundergroundspace,theTunnelBoringMachine（TBM）hasgraduallyenteredandoc

8、cupiedaplaceinChinesemarket.TBMisakindofhi-techandmechatronicsequipmentwhichcanconstructthewholesectiontuneler.Nowadays,muchhaschangedindomestictrafficenvironmentandmunicipalconstruction,accordinglyTBMhasbeenwidelya