盾构刀盘的数值模拟

盾构法是一项复杂的技术,在隧道施工中,通过位于盾构机最前端刀盘上刀具对前方的土体进行切削来完成掘进开挖的任务,因此盾构刀盘的强度设计十分重要。利用有限元软件ANSYS建立了盾构刀盘和刀具的有限元模型进行数值模拟,模拟了在不同工况及不同设计方案下刀盘和刀具的受力状态,包括:改变刀盘钢板的厚度、改变刀盘和牛腿之间的夹角以及在刀盘上施加偏载等。通过以上情况的模拟为盾构刀盘刀具优化结构设计提供参考依据。     

面板式刀盘的设计

盾构机刀盘是盾构掘进机的掘进机构,是影响其掘进性能的决定性因素。本文综述了盾构机刀盘的作用,重点对面板式刀盘的结构设计、刀具布置、管路设计和耐磨保护等方面进行分析总结。     

基于数值仿真的盾构刀盘载荷影响因素分析

盾构刀盘在掘进过程中受到周围环境的影响工作状态随时改变,文章通过将盾构刀盘掘进过程简化为刀盘刀具掘土作用,采用数值方法对刀盘掘进过程进行了全物理过程仿真,分析了地质参数、施工参数以及结构参数等影响因素对处于稳定工作状态的盾构刀盘切削力及扭矩等动态掘进载荷分布的影响。     

基于PFC3D的北京砂卵石地层盾构刀盘选型及刀具布置数值模拟研究

砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层及强磨蚀性地层,盾构在该类地层中掘进通常会面临刀盘、刀具磨损严重,盾构推力与刀盘扭矩偏高且波动幅度大、地层变形不易控制等问题。砂卵石地层盾构掘进效率的高低及地层控制的好坏,刀盘选型及刀具配置是关键。以北京地铁新机场线“磁各庄站～1#风井”盾构区间为工程依托,利用PFC3D数值模拟及现场测试相结合的手段,研究刀盘开口率、刀具组合高差、先行刀刀间距等参数对盾构掘进效率及地层变形的影响。研究结果表明：相同掘进参数下大开口率辐条式刀盘比小开口率辐板式刀盘具有更好的掘进速度,小开口率辐板式刀盘掘进时引起的地表变形更小,对周围地层的扰动范围也更小;先行刀与切削刀的组合高差为70 mm时盾构掘进效率较高且扭矩较低;先行刀刀间距设定为300 mm时,盾构有较好的掘进效率和较低的刀盘扭矩。工程实践表明;要实现砂卵石地层盾构长距离高效掘进,大开口率辐条式刀盘设计及大高差梯次化刀具布置是基础,高贯入度、低转速的掘进控制是关键。研究结果可为类似工程的盾构刀盘选型与刀具布设提供借鉴。     

复合地层中大直径盾构刀盘刀具的选型与优化

近年来大直径盾构施工技术飞速发展,国内各大城市大直径盾构隧道工程相继开工建设,大直径盾构施工有着很大的发展前景。在实际的施工过程中大直径盾构机刀盘刀具的选型至关重要,很多工地由于刀盘刀具的选型不适合该工程,在掘进中出现了很大的困难,带来严重的经济损失,甚至出现人身伤亡事故。本文结合广深港狮子洋隧道盾构刀盘刀具的选型与优化,说明刀盘刀具对复杂地层的适应性等方面的重要性以及刀盘刀具优化的各种方法。     

砂卵石地层微型土压平衡盾构机刀盘刀具布置方法研究

刀盘是微型土压平衡盾构机的关键部件,刀盘刀具类型、数量及合理布置决定着盾构设备的破岩能力,直接影响刀具使用寿命、盾构设备的掘进速度和掘进距离。根据北京某砂卵石地层的地质特点,确定了刀盘刀具的选型与选材;依据刀具磨损的等寿命原则和阿基米德螺旋线布置方法确定了主切削刀和先行刀的布置曲线与刀具数量。直径为3m的微型土压平衡盾构机,在砂卵石地层中,刀盘布置主切削刀数量为38把,先行刀数量为15把,先行刀超前主切削刀的超前量为30mm。通过ANSYS软件对刀盘的力学性能进行了分析,结果表明刀盘受力与变形状况良好,满足设计要求。     

土压平衡盾构机刀盘刀具布置方法研究

研究土压平衡(Earth pressure balanced,EPB)盾构机刀盘刀具的布置方法,目的是为了确保刀具结构布置的合理性和实用性。依据刀具磨损的等寿命原则,提出确定刀具数量的磨损系数法和掘进系数法;针对具体施工问题,可预测盾构在开挖区间,刀具的磨损量以及许用磨损情况下刀具的掘进距离,为保障工程的安全顺利进行提供参考。基于阿基米德螺旋线布置方法,计算以刀具磨损的等寿命原则下,主切削刀的布置曲线;提出刀具平面对称布局原则,分析刀具的切削过程,得到单把刀具的实际切深;建立EPB盾构刀盘上先行刀的立体布局方法,计算得到先行刀的超前量;结合南京地铁二号线TA07标段,验证了刀具布置方法的正确性。研究内容和研究方法可为EPB盾构机刀盘的选型和设计奠定理论基础。     

非开挖机械

GJ20042100 土压平衡盾构刀盘结构探讨[刊,中]/何其平∥工程机械.—2003,34(11).—10～16刀盘是盾构的主要工作部件,不同地质地层应采用不同刀盘结构形式及刀具布置,刀盘及刀具的好坏关系到盾构施工的成败,影响盾构掘进的速度和效益,文章结合广州和南京地铁工程重点介绍了海瑞克公司土压平衡盾构刀盘的功能、刀盘类型及刀具配置。图7表3GJ20042101 DZ1245水平定向钻液压系统[刊,中]/游善兰∥建筑机械化.—2003,24(11).—46～47     

盾构刀盘多目标优化设计

盾构刀盘设计的时候应该充分考虑到整个刀盘的刀盘开口率、刀具的布置、结构形式等对刀盘的影响，必须适合使用条件，确保使用过程中在保持稳定的前提下提高掘进速度。刀盘设计是盾构机的主要零部件，其结构设计的合理性直接影响到盾构机的性能。为了提高设备的使用效率，需要合理优化刀盘结构。文章主要从盾构机刀盘的结构形式、结构设计和优化设计目标三个方面进行简要分析。优化后的盾构刀盘应力分布更加均匀、刀盘结构的强度增加，为盾构机刀盘今后的设计与发展提供参考。     

复合地层下盾构刀盘滚刀刀具的布置与优化

盾构滚刀刀具直接与岩土接触并进行切削。在复合地层下,滚刀布置的优劣和刀具的寿命与盾构掘进性能的好坏有着直接的联系,影响着盾构的施工效率。以滚刀的布置规律为基础,结合工程实例,分析了某复合地层下影响盾构滚刀刀具布置的关键因素和盾构刀盘刀具的轨迹曲线,并对刀盘的力学性能进行了校核,最后利用遗传算法对滚刀刀具的布置进行了优化,实现了刀盘滚刀刀具布置的最优化。研究结果为复合地层下盾构刀盘刀具的合理布置提供了理论依据,同时也保证了盾构施工的安全性,对提高刀具的使用寿命具有重要的科学意义与工程价值。     

基于CFD的土压平衡盾构刀盘开口分布特征研究

土压平衡(Earth pressure balance,EPB)盾构刀盘的开口率及开口分布特征的设计是刀盘地质适应性设计的关键技术之一,直接影响开挖渣土的流动性及盾构的掘进效率。针对不同掘进地质条件下盾构刀盘开口设计的复杂性问题,利用刀盘切削渣土被改良为"塑性流变状态"的特性,运用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)理论,建立包括渣土、刀盘、土舱和螺旋输送机在内的CFD模型,利用实际工程掘进数据验证CFD模型计算结果的正确性与方法的可行性,在此基础上,分析获得给定地质条件下相同开口率不同开口分布特征的刀盘前后渣土的压力分布规律,以及刀盘开口分布特征对盾构机刀盘开挖渣土流动性能的影响作用关系,并通过回归分析,得到刀盘开口分布特征与刀盘前后渣土压力之间的映射关系。研究为高效、稳定掘进的土压平衡盾构刀盘拓扑结构优化设计提供方法。     

盾构机刀盘的布刀方式及刀具位置误差分析

针对刀盘的工作性能问题,分析了盾构机刀盘的布刀方式,运用Solidworks建立了刀盘的虚拟样机模型;分析并计算了滚刀的受力情况。通过有限元分析了刀盘装配体的强度及布刀的合理性,分析了盘形滚刀位置误差对刀盘工作性能产生的影响等,并提出了改进方案。     

复合式土压平衡盾构机刀盘性能综合评价方法

复合式土压平衡盾构机刀盘对复合地层的适应性决定了施工的安全性和经济性。由于刀盘结构的多样性以及施工环境的复杂多变性,不同类型的刀盘在应对不同地层时,其综合性能表现不一,目前仍缺少对其综合性能进行评价的有效方法。在考虑刀盘性能影响因素多层次、多方面和相关联性的基础上,从刀盘的结构性能、刀具布置性能、力学性能、经济性、安全可靠性和环境适应性等方面,建立刀盘性能评价指标体系。根据刀盘递阶层次结构评价模型特点,提出一种基于模糊数学与评价理论,以模糊层次分析法计算刀盘指标权重,通过模糊综合评价和模糊优劣解距离决策法对刀盘进行综合性能评价的方法。结合长沙某地铁施工标段地质条件,选取四种常见的复合式土压平衡盾构机刀盘方案,进行评价确定最终方案,并通过工程实例验证本方法的合理性和有效性,为施工过程中的刀盘方案选型决策提供一种新方法。     

盾构机关键零部件再制造修复技术综述

阐述了我国盾构机再制造的发展现状并指出了我国盾构机再制造发展的不足与挑战,综述了盾构机主轴承、刀具刀盘、液压系统、减速机、螺旋输送机等关键部件的损伤形式及目前常用的再制造修复方法。分析了激光熔覆、热喷涂、冷喷涂、冷焊等增材修复技术在盾构机再制造方面的潜能和优势,最后展望了盾构机再制造的发展趋势。     

基于AMESim的盾构刀盘负载敏感系统仿真研究

盾构机刀盘驱动系统的核心是液压系统。针对盾构施工中不同区域的地层差异性，为使盾构刀盘液压驱动系统节能减耗，采用负载敏感泵作为主驱动液压系统的动力源，利用AMESim软件搭建系统模型，并通过某型盾构机在软土和砂土两种不同地层下负载随机变化的情况，分别模拟系统全功率运行、80%功率运行和60%功率运行下，系统效率及能耗的变化情况。结论证明，软土地层为提高系统效率，减小能耗，宜在全功率模式下运行，而砂土地层宜在60%功率模式下运行。     

软土地基土压平衡盾构切削刀盘扭矩的计算

盾构是一种集开挖、支护、推进、衬砌等多种作业一体化的大型暗挖隧道施工自动化机械.刀盘驱动系统是盾构机械的关键部件之一,也是我国盾构设计生产的技术难点.以适于上海软土地基的土压平衡盾构为模型,根据郎肯理论详细地分析了各部分所受的阻力矩,提出了一种细化的扭矩计算方法,其结果与实际施工中的数据相比较,误差较小,这为驱动系统的马达、轴承的造型、设计提供了一定的理论基础.     

刀具新发展大幅提升医疗零件加工性能

<正>新近推出的一些切削刀具概念使医疗行业的小零件加工更为高效,并大幅提升了生产效率。尤其是用于小零件加工的纵切机床的进一步发展也带动了切削刀具不断推陈出新,提供了机床最大化利用率所需的高性能。螺纹旋风铣和采用高压冷却(HPC)功能的车削就是两个突出的例子。     

一种盾构刀盘的有限元分析

刀盘是盾构机的关键部件之一,主要用来完成对掌子面岩土的破碎剥离。根据某盾构刀盘的结构特点,建立其三维实体模型,并建立了刀盘相应的有限元计算模型,对刀盘在土压不平衡工况和土压平衡工况下的受力特性进行分析,得到了刀盘在各工况下的应力应变分布规律。分析结果表明,最大等效应力出现在牛腿与面板的交界处,同时牛腿与法兰盘以及面板与辅梁的连接处有较大的应力。最大应力为230 MPa,最大变形为2.098 mm。研究结果可为刀盘的结构设计和工程施工维护提供基础数据。     

盾构机刀盘驱动多级行星齿轮传动系统的多目标优化

为满足盾构机刀盘驱动多级行星轮系高可靠性、低振动和高功率密度的设计要求,在建立系统的可靠性模型和动力学模型的基础上,建立了以系统可靠度、各级行星轮振动加速度和系统体积/质量为目标函数的多目标优化设计的数学模型,并针对工程实例,利用混合离散复合形法对其进行求解。结果表明,提出的优化模型及优化方法可有效地提高盾构机刀盘驱动多级行星轮系的可靠性,减小系统的振动水平和体积/质量。研究结果可为高可靠性、低振动、高功率密度的盾构机刀盘驱动多级行星减速器的设计提供参考。