TBM刀盘开口面积的确定

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1、第5期机械设计与制造2015年5月MachineryDesign&Manufacture29TBM刀盘开口面积的确定陈巍，孙伟，霍军周(大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024)摘要：研究了全断面岩石掘进机(TBM)的最小开口面积。以5．55m直径刀盘为研究对象，建立了不同开口面积刀盘的三维面体模型，基于离散元仿真软件PFC3D对TBM刀盘的出碴过程进行仿真，得到刀盘的合理开口面积。结果表明，随着刀盘开口面积的增大，刀盘内部的颗粒数量达到稳定状态就越快，且波动也越小；当刀盘开口面积大于2．5m时，随着开口面积的增大刀盘内部颗粒数量的方差减小的就越缓慢；在开口面积约为

2、2．7m2时，单位时间内的排碴量与破岩量相等。以单位时间内排碴量大于破岩量且刀盘内部颗粒数量波动尽量小为原则，得到5．55m直径刀盘的合理开口面积为(2．7—3．5)m。关键词：TBM；离散元；出碴槽；PFC3D；开口面积中图分类号：TH16；TH212；TH213．3文献标识码：A文章编号：1001—3997(2015)05—0029—03TheOpenAreaDeterminationofTBMCutterheadCHENWei，SUNWei，HUOJun—zhou(SchoolofMechanicalEngineering，DalianUniversityofTec

3、hnology，LiaoningDalian116024，China)Abstract：TheminimumopenareaofTBMcutterheadwasstudied．Themodelsofdifferentopenol'eacutterheadwith5．55mdiameterwerebuilt．BasedonthediscreteelementsofiwarePFC3D，themuckingprogressofcutterheadWassimulated．Thereasonableopen。ofcutterheadWasobtained．Theresultsh

4、adshownthatthelargercutterheadopenareathequickernumberinsidecutterheadeolo~tostabilizationandlessfluctuation．Whentheopenareawaslargerthan2．5m。，thevarianceofbdlastnumberinsidecutterheaddiminishedslowlywiththeopenareaincreasing．Thenumberofmuckedballastequaledthenumberofremovedballastwhileth

5、eopenareawas2．7m2．UndertheruleoflargestmuckingballastnumberandleastfluctuationofnumberinsMecutterhead，theresonableopenareaofcutterheadwith5．55mdiameterWasbetween(2．7-3．5)m2．KeyWords：TBM；DEM；MuckingSlot；PFC；OpenArea1引言刀非正常受力，从而导致滚刀损坏，严重影响施工进度。因此，出碴槽~titx~刀盘掘进效率、刀盘驱动转矩以及刀盘磨损有重要影全断面岩石隧道掘进机是一

6、种专门用于开挖地下通道工程响，是刀盘设计的关键问题之一。而在进行TBM刀盘出碴槽布置的大型工程机械，具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护方式的设计之前首先需要解决的是刀盘的开口面积的大小，如果和降低劳动强度的优点『11。刀盘作为TBM的核心部件，直接与围开口面积过大，会局限刀盘上滚刀、人孔的布置，影响刀盘的掘进岩边界作用，盘体结构的强度、刚度对TBM掘进进度具有重大的性能，降低刀盘强度，而如果开口面积过小，将会影响刀盘的排碴影响。盘体结构设计主要包括盘体剖分形式设计、出渣槽布置、支效率，导致刀盘的磨损，降低刀盘的使用寿命。因此，合适的选用撑筋布置、人孔布置以及刀盘

7、主结构参数设计等方面内容1"21。刀盘刀盘开口面积是刀盘出碴槽设计的关键问题。由于目前国际上鲜布局是优化刀盘设计和掘进机性能的最重要因素[31。目前，由于技有关于TBM刀盘出碴槽的设计准则，我们只有从现有的TBM刀术保密等原因，关于刀盘盘体结构设计的相关研究鲜见报道。一盘实例进行分析总结出碴槽设计一般遵循的准则，即采用有利于般随着刀盘直径的增大，刀盘多采用分体结构，分块加工制造和运输，并在现场组对焊接。降低刀盘旋转过程中的不平衡力矩与振动的对称式出碴槽布置出碴槽的作用是使刀盘能够及时有效地将破碎的碴土从掌子方法[61。鉴于刀盘