基于库仑-莫尔准则的盘形滚刀破岩力预测研究.pdf

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1、第52卷第20期机械工程学报Vol.52No.202016年10月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGOct.2016DOI：10.3901/JME.2016.20.126*基于库仑-莫尔准则的盘形滚刀破岩力预测研究11222姜兴宇高超高伟贤苏鹏程赵海峰(1.沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870；2.北方重工集团全断面掘进机国家重点实验室沈阳110141)摘要：盘形滚刀破岩力是全断面掘进机设计的关键参数，为准确预测盘形滚刀破岩力，以被压岩石为研究对象，以岩石断裂力学为理论基础，综合考虑岩石、滚

2、刀及施工工艺等参数，采用微元积分法，针对圆刃滚刀建立一种综合的滚刀破岩力预测模型。同时根据滚刀实际破岩过程应用库仑-莫尔破坏准则，提出二次派生推力的概念，推导出二次派生推力计算模型，修正滚刀破岩力预测模型使其符合实际情况。在此基础上，应用科罗拉多矿业学院数据对修正后里理论模型进行分析验证，并与线性切割模型和CSM理论模型对比，结果表明本文模型预测精度比已有模型要高。通过模型理论分析和设计三因素三水平正交试验分析得到岩石、滚刀及施工工艺等参数对滚刀破岩力的影响规律，这为全断面掘进机刀盘整体设计和实际施工提供一定的理论参考。

3、关键词：全断面掘进机；圆刃滚刀；破岩力；库仑-莫尔准则中图分类号：TD421StudyoftheDiscCutterPerformanceForecastingModelBasedonCourlomb-MohrCriterion11222JIANGXingyuGAOChaoGAOWeixianSUPengchengZHAOHaifeng(1.SchoolofMechanicalEngineering,ShenyangUniversityofTechnology,Shenyang110870;2.StateKeyLabof

4、tunnelBoringMachine,NorthHeavyIndustriesGroup,Shenyang110141)Abstract：TheperformanceofdisccutterisacrucialparameterinTBMdesign.Foranaccuratepredictionofdiskcutterperformance,acomprehensiveforecastingmodelforthecircularbladecutterisestablished.Consideringparameter

5、sofrock,cutter,andconstructiontechnology,andapplyingdifferentialcalculus,thecompressedrockistakenastheresearchobjecttoestablishthemodelbasedonrockfracturemechanics.Meanwhile,theconceptofsecondaryderivedthrustisproposedandthesecondaryderivedthrustcalculationmodeli

6、sdeducedtofixthepredictionmodeltomeettheactualconditionaccordingtotheCoulomb-Mohrfailurecriterion.Then,datafromColoradoSchoolofMinesisappliedtoverifythepredictionmodel.ComparingwithlinearcuttingmodelandCSMmodel,theprecisionofthepredictionmodelishigherthantheexist

7、ingmodels.Theinfluencelawofdisccutterperformancebytheparametersofrock,cutterandconstructiontechnologyisobtainedbytheoreticalanalysisanddesigningtheorthogonalexperimentwiththreefactorsthreelevels,whichcanbeareferencefordesigningthecutterheadinTBMandactualconstruct

8、ion.Keywords：totalboringmachine(TBM)；disccutter；performance；courlomb-mohrcriterion形滚刀破岩力大小是TBM动力系统、驱动系统设10前言计及轴承选型的关键环节，也是TBM设计的理论基础。因此，国内外众多学者分析了滚刀与岩石相盘形滚刀是TB