基于CATIA的TBM主机结构有限元分析

TBM主机是隧道掘进机最重要的组成部分,它的设计水平直接关系到整个TBM工作性能.以大型CAD/CAE/CAM软件CATIA为平台对TBM主机进行有限元计算分析.在研究复杂机械结构有限元分析方法的同时,尝试通过对TBM主机的有限元分析,挖掘TBM主机设计的一些重要信息,通过对这些信息分析获得结构和设计参数对TBM主机性能的影响.     

主梁式TBM推进系统基于AMESim的仿真分析

主梁式TBM推进系统的主要作用是在掘进时为主机向前移动提供推进力以及换步时使撑靴鞍架快速向前移动,它是TBM施工过程中所必须的关键部件之一。针对敞开式TBM推进系统在实际施工中的不同工况,利用AMESim软件所提供的液压、平面机构和其它子模型库,建立了推进系统的整体运动模型,并在此基础上进行了仿真与分析。     

基于KBE的隧道掘进机主机智能设计系统

针对当前隧道掘进机（TBM）主机设计与开发过程中存在的问题，开发了基于知识工程（KBE）的TBM主机智能设计系（IDS-TBM）。IDS-TBM结合面向对象方法和CBR方法的优点来综合表达TBM设计实例，基于CATIA／Automation API模块，将KBE扩展模块与CATIA进行集成，借助参数化驱动、表格驱动和产生式规则三种驱动方法进行TBM主机的智能设计，实现了设计知识的重用，显著提高了TBM主机开发效率和快速响应市场的能力。     

TBM刀盘地质适应性设计方法及其应用

刀盘是全断面硬岩掘进机(TBM)的核心部件,其结构的地质适应性是决定TBM掘进效率的关键因素。根据TBM刀盘制造企业设计的实际需要,制定了刀盘设计基本流程,结合掘进地质条件、刀盘结构参数和掘进参数,建立了刀具布置、开口、盘体设计等关键参数计算模型,提出相应的TBM刀盘地质适应性设计方法。将TBM刀盘设计方法应用于某供水工程,对该工程所用TBM的刀具布置参数、刀盘驱动性能与掘进参数以及刀盘结构参数进行地质适应性设计,并对设计方案进行了力学性能和出渣性能仿真分析。研究结果表明,刀盘设计方法能有效实现刀盘结构、刀具布置以及相关掘进参数地质适应性设计,所设计的刀盘力学性能满足施工要求。目前该刀盘在引水工程中累计已掘进12 km,工作状态良好。     

不良地质下的敞开式TBM设备设计改造与应用

新疆某工程敞开式TBM在掘进过程中突遇不良地质,由于大量破碎围岩进入刀盘引起“卡机”,且撑靴处出现塌方,无法提供推进反力。为有效解决此类问题,增加钢管片支护设计,对敞开式TBM原有刀盘驱动、护盾、辅助推进、钢管片拼装器、超前钻注一体机等方面设计改造,大大加快了TBM设备应对不良地质段的掘进速度。敞开式+单护盾双模TBM相互转换模式,可轻松应对各类围岩掘进施工。     

敞开式TBM主梁有限元分析

通过对Φ8 020mm敞开式TBM主体结构的分析,建立了TBM主梁的三维模型,并以此为基础进行受力计算。阐述了主梁在施工过程中的5种受力状态,分析了这几种工况下主梁的应力和最大变形量。计算结果表明,主梁满足各种载荷下的刚度和强度要求,但是个别位置存在集中应力问题,为保证施工安全需加以消除。     

铁路长大隧道TBM施工关键要素

TBM是集机械、电气、液压、自动控制等技术于一体的大型隧道施工机械。与其他的隧道施工方法相比,TBM施工法具有施工速度快、质量安全可靠,施工过程工厂化、机械化、自动化程度高等特点,极大地改善了隧道施工条件和作业环境。目前TBM主要分为敞开式TBM、双护盾TBM和单护盾TBM,分别适用于不同的地层。本文以中天山项目为例,探讨铁路长大隧道TBM施工关键要素。     

硬岩TBM盘形滚刀破岩力的一种计算分析方法

主要研究TBM刀盘盘形滚刀载荷大小的一种计算方法以及在仿真分析时载荷加载的方式,并且阐述了该方法相比之前研究的优越性。在研究过程中以掘进机刀盘上滚刀受力模型为基础,采用一种在工程实践中表现出良好精度的CSM预测公式得出刀盘的受载的方式及大小。除此之外,以"引松供水"工程中的DZ101敞开式TBM为例,给出计算结果。     

TBM掘进总推进力关键参数识别与高精度Kriging模型

针对全断面硬岩隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)掘进载荷的影响参数众多,推进力预测模型精度低的问题,根据引松工程实测数据,利用Kriging模型提出一种参数系数分析方法,对参与建模的掘进参数进行关键参数识别,达到合理降维目的 .使用已得关键参数进行掘进总推进力预测模型的建立,并对不同参数个数所建立的总推进力模型精度进行对比,采用统计学分析方法,得到预测精度较高的总推进力模型.分析表明,Kriging模型的参数识别方法能够识别出对推进力影响的关键参数,建立的推进力Kriging预测模型精度由0.68提高到0.81,此研究还可以被应用于和TBM掘进载荷相似以及相近的复杂机械系统进行系统参数识别分析和合理的设计指导.     

天业通联φ8130mm 全断面岩石掘进机(TBM)

我国首台新型全断面岩石掘进机φ8130mm TBM亮相bauma China 2012,标志着我国在全断面岩石掘进机领域已经完全打破国外垄断的格局。由秦皇岛天业通联重工股份有限公司与意大利SELI公司联合设计、生产的φ8130mm TBM是对敞开式TBM和护盾式TBM的一种升级换代,是集机、电、液、信息于一体的新型掘进机。该设备具有如下特点:地质适应性     

全断面岩石掘进机刀盘结构主参数的优化设计

全断面岩石掘进机(TBM)刀盘是TBM的核心部件,其结构参数设计是其核心技术之一。论述以青海隧道的TBM刀盘结构设计为背景,考虑青海隧道地质岩石边界条件,根据相关的刀盘结构参数设计的复杂工程技术要求,建立了刀盘结构主参数优化设计模型,以刀盘结构强度和刚度为优化目标,采用近似相应面模型建立刀盘结构强度和刚度分析的近似模型,进而采用多目标遗传算法对刀盘主要结构参数进行优化。与原TBM刀盘结构设计方案进行对比表明,本文获取到的刀盘主结构优化设计参数具有更好的刀盘结构刚度和强度,可以改善刀盘主轴承受力状况,延长主轴承寿命和滚刀寿命,可以为工程师在进行刀盘结构设计时提供刀盘的主结构参数,提高刀盘结构的强度和刚度性能。     

基于力学分析的TBM掘进总推力预测模型研究*

提出一种基于力学分析的全断面岩石隧道掘进机(Tunnel boring machine,TBM)掘进装备总推力的预测建模方法。在TBM装备掘进过程中,总推力的影响因素多且复杂,主要包括施工地质条件、装备结构特征、装备掘进状态等几类核心参量。从分析装备与地质间相互作用的力学特征入手,通过求解滚刀与岩石接触弧线上岩石单元体的极限应力状态,建立能反映地质、操作等关键参量影响的刀盘破岩力计算表达式。在刀盘载荷分析基础上,补充考虑装备护盾、后续设备等部件上作用的载荷分量,建立TBM装备掘进总推力预测模型,并结合我国两个典型工程案例对所建模型进行分析与验证。进一步引入单位贯入度对应总推力值,作为讨论TBM载荷地质适应性的指标,近似剥离操作参数的影响,分析载荷与地质参数间的内在相关关系。分析结果表明,在各个地质参数中,单轴抗压强度是对掘进总推力起到核心影响的关键地质参数,与单位贯入度对应的总推力间存在近似的线性关系。本工作可对不同地质条件与不同操作状态下,TBM装备掘进总推力进行预估计算,为装备载荷的优化设计与智能控制提供参考依据。     

代理模型在复杂机电系统全局敏感度分析中的应用

全局敏感度分析(GSA)是一种在整个设计空间中考虑输入参数的不确定性对输出响应不确定性的影响的敏感度分析方法,且能反映出各参数间的相互作用。复杂机电系统包含大量参数且结构复杂,通过引入全局敏感度分析可以确定各参数对系统输出特性影响大小,从而有助于理解系统响应规律,缩短设计周期。由于全局敏感度分析需基于大量仿真计算,为解决计算成本问题,提出一种基于最优代理模型的全局敏感度分析方法,通过对比选取最优代理模型替代仿真实验完成全局敏感度分析。以某隧道掘进机(TBM)刀盘驱动系统为例,以关键节点振动响应及动态啮合力为系统动力学特性评价指标,考虑外部条件、材料系数、啮合参数和联接参数等输入参数变化,得到全局敏感度分析结果,为隧道掘进机刀盘驱动系统的进一步设计优化提供指导,并最终验证了该方法的合理性。     

复杂地质条件下长大引水隧洞TBM主机型式选择方法研究

随着TBM设备和施工技术的不断完善,TBM在长大引水隧洞施工中的应用越来越普遍。现以国内某重点调水工程引水隧洞为例,提出了复杂地质条件下长大引水隧洞TBM主机型式选择的"三步走"原则,确定了最终的TBM主机型号和刀盘驱动方式。该工程于2010年建成,目前已投入运行9年,结构安全可靠,输水损失小,证明了所提的主机型式选择方法达到了预期效果。     

硬岩掘进机可掘进性分级性能预测模型的建立及实施

硬岩掘进机(TBM)性能预测是关于掘进机选型、设计和施工的核心问题。文中基于复杂地质条件下TBM掘进性能分级预测的前期研究工作,提出依托样本数据,建立在不同岩体可掘进性等级条件下,以特定岩体掘进指数(SRMPI)为性能预测指标,融合地质、施工等领域参数的TBM性能预测模型。在此基础上,通过模型细化和科学推导得到TBM其他系统级性能指标,从而建立完备的TBM性能预测体系。将所建模型应用于兰渝铁路西秦岭隧道工程的某一施工标段,预测结果验证了该模型的科学性、有效性和指导施工的可操作性。     

基于客户参与设计的锻压机床快速设计系统研究

研究基于客户参与设计的锻压机床快速设计系统,快速设计系统将用户的性能要求转化为机床设计参数,计算并快速得到产品的设计方案,驱动锻压机床主机结构模板,快速得到产品三维模型,有效避免传统设计方法导致的装配干涉问题,得到客户满意的主机结构模型.快速设计系统在VC.NET环境下,利用Pro/toolkit提供的接口函数对Pro/Engineer进行二次开发,实现快速设计系统的开发,所开发的软件能够大幅度提高锻压机床的设计质量和效率.     

一种TBM连续运输带回收装置的技术应用

TBM施工是我国现阶段特长隧洞施工的主要技术,施工中一般采用连续皮带运输系统将渣土运出隧道。如何快速方便地卷收皮带,是TBM施工实际操作中需要解决的难题,该难题目前在业内没有可借鉴的、成体系的解决方法。现以广西桂中某引水工程TBM标段采用的敞开式TBM为例,阐述了TBM皮带回收装置的结构及其工作原理,针对工程实际施工中遇到的问题进行分析,并提出了相应的处理方法,可为今后类似的工艺施工提供参考。     

振动能量液压转换器结构与特性研究

针对TBM掘进过程中主机剧烈振动问题和施工环境特点,提出一种基于液压系统的振动能量吸收转换装置。介绍了该转换装置的系统结构组成与工作原理,采用AMESim软件建立该系统的仿真模型。基于仿真模型研究了工况参数和元件参数对振动能量液压转换装置性能的影响规律。分析表明,振动能量油液转换器能实现相应功能。同时,在该结构条件下,液压马达转速随着活塞频率先增加后减小;马达转速随活塞幅值增加而增加但小幅值影响不明显;马达转速上升时间随蓄能器容积增加而增加;单向阀弹簧刚度需进行合理设计,否则转换器不能正常工作。     

重载冲击激励下TBM主机系统动力学建模与振动特性分析

TBM掘进时的重载冲击激励可能会造成刀盘剧烈振动进而影响掘进效率。由于物理实验的不可行性和理论分析的复杂性,计算机仿真是研究TBM主机振动特性的理想方式。基于多体系统动力学仿真平台ADAMS建立了TBM主机模型,对TBM的掘进过程进行了动力学仿真。仿真结果表明:刀盘径向振幅为10-1mm量级比轴向振幅小一个量级;刀盘分体与中心块之间的径向作用力为102k N量级比轴向作用力小一个量级且峰值频率不同;盾体与主梁之间的径向作用力为104k N量级比轴向作用力也小一个量级,但刀盘分体与中心块之间的轴向作用力和盾体与主梁之间的轴向作用力结果类似。     

基于模板的减速机参数化设计系统

介绍了一种SolidWorks二次开发的减速机三维设计系统,该系统结合模板思想对不同类型的减速机分别进行参数化设计,利用VB语言对减速机关键零部件的设计计算过程进行编程计算,得到模型驱动参数驱动模板模型,该系统将减速机的设计计算、模型驱动、出图集于一体,有效地提高了设计效率,保证了产品的质量,降低了劳动强度。