掘进机盘形滚刀破岩机理探讨

全断面隧洞掘进机盘形滚刀的工作条件恶劣、磨损大,切削岩石过程中有崩刃现象,不仅影响掘进速度,而且增加了隧道开挖成本。世界各国都在致力于盘刀破岩机理的研究,以求改进盘刀设计,寻找新的布刀途径。本文根据我们在东北工学院岩石破碎试验台上所作盘形滚刀滚压中硬岩的试验,简要分析破岩机理。一、试验现象通过实验室试验可以观察到,在盘刀滚压岩石的过程中,大量岩粉从刀刃两侧楔面喷射     

全断面岩石掘进机刀盘上刀具布置规律研究

全断面岩石掘进机是水工隧洞全断面施工的高效施工设备,其刀盘上盘形滚刀的受力分析,是研究盘形滚刀在刀盘上布置规律的理论基础,也是进行全断面岩石掘进机研制的理论依据.文中通过对作用在全断面岩石掘进机刀盘上盘形滚刀的力的分析,建立了盘形滚刀在刀盘上的布置规律,并结合实例进行了验证.其结论将有助于全断面岩石掘进机理论研究的进一步发展.     

隧洞掘进机9Cr2Mo盘形滚刀失效初步分析

隧洞掘进机盘形滚刀是利用挤压剪切破碎原理进行破岩的。当机器运转时,盘形滚刀在强大推压力下(约十吨),每把滚刀运转在掌子面的一定轨迹上,滚刀对岩石连续挤压摩察;当刀尖压力大于岩石的破碎强度时,岩石就被破碎。此时,滚刀上的负荷突然卸载。所以,盘形滚刀要在压缩、弯曲、冲击、交变等     

岩石掘进机刀具间距的确定及分析

盘形滚刀在全断面岩石掘进机刀盘上的布置是全断面岩石掘进机设计中的关键技术之一。中以普遍采用的平面刀盘上盘形滚刀的等刀间距布置形式为便进行分析，探讨了刀间距的确定原则、盘形滚刀碳岩量的计算等技术问题，以期有利于我国全断面岩石掘进机的设计与施工管理。     

盘形滚刀推力试验研究

盘形滚刀推力是掘进机设计中的重要参数,直接影响着掘进机的结构设计和使用性能.研究《小松技报》理论模型、科罗拉多矿业学院理论模型和东北工学院(现名东北大学)岩石破碎研究室理论模型,利用滚刀岩机作用综合实验台开展岩石滚压试验获取位移时间曲线和推力时间曲线,将试验数据与理论分析的结果进行对比验证,发现东北工学院岩石破碎研究室理论模型的计算结果与试验结果较吻合,可作为类似工程地质掘进机的设计选型的理论参考.     

全断面岩石掘进机盘形滚刀管理软件开发

全断面岩石掘进机刀盘上一般装有数十把甚至上百把盘形滚刀,因其磨损不均匀,各刀到达寿命极限的时间或掘进里程也不相同,而更换后的刀刃廓面的平（曲）面度又要求相对合理,这就为盘形滚刀更换过程中的刀具管理提出了较现实难题。结合某隧道工程采用的某型号全断面岩石掘进机,建立了掘进机盘形滚刀刀具管理模型,开发出了刀具管理软件。主要功能有：盘形滚刀刀位显示;破损刀具更换;换刀分析结果显示;数据库管理等,从而为全断面岩石掘进机施工工程的刀具管理提供了较得力助手。     

掘进机盘形窄刃滚刀

隧洞掘进机盘形滚刀是影响掘进效率与成本的关键零件。施工实际要求针对不同的破岩对象不断改进滚刀形状。本文根据盘形窄刃滚刀的多次试验室试验和具有一定批量的工业性试验,对反复验证的破岩规律加以简单总结,试图为今后继续进行大批量工业性生产试验积累经验。一、窄刃滚刀破岩理论根据我们多年对刀具破岩过程的试验研     

全断面岩石掘进机盘形滚刀螺旋线布置理论及应用分析

全断面岩石掘进机刀盘上盘形滚刀的布置规律一直是领域学者研究的难题和热点。通过对刀盘上已有盘形滚刀的布置形式分析,发现盘形滚刀在刀盘上的布置基本是均匀分布或是以刀盘旋转中心为中心的中心对称分布;以刀盘受力平衡方程为基础,建立刀盘上盘形滚刀的螺旋线布置理论,给出按此理论布置盘形滚刀的实施程序,并定义刀盘上的不平衡量,进而探讨螺旋线条数和螺旋线条数一定条件下的螺旋线螺旋角度对刀盘上不平衡量的影响。研究结论可为全断面岩石掘进机刀盘的理论研究和应用研究提供借鉴。     

全断面岩石掘进机盘形滚刀径向破岩力预测

本文以全断面岩石掘进机现场实测数据为基础，经分析，综合，假设论证，导出了掘进机盘形滚刀所受径向破岩力的预测公式，这些公式的计算结果与多次现场实测结果相吻合，可作为设计和确定全断面岩石掘进机刀具，轴承，刀盘以及整机强度和寿命的依据。     

球面刀盘上盘形滚刀破岩曲线的确定及应用

通过对全断面岩石掘进机球面刀盘上盘形滚刀破岩工作点的运动分析,建立了盘形滚刀破岩工作点的轨迹曲线,并对其侧滑、轨迹弧长和破岩工作时的速度进行了探讨,以期有利于我国全断面岩石掘进机研究的深入。     

全断面岩石掘进机盘形滚刀前倾安装与传统安装破岩能耗对比分析

为提高全断面岩石掘进机施工过程中的能量利用率,提出盘形滚刀前倾安装概念.在设定条件下,通过建立的传统(正)安装盘形滚刀和前倾安装盘形滚刀破岩过程中的摩擦力矩理论式对盘形滚刀的两种安装方式进行比较研究.理论计算显示,在6～10 mm贯入度条件下,采用前倾安装的432 mm(17 in)、483 mm(19 in)和533 mm(21 in)盘形滚刀在滚压破岩过程中的能量利用率较高且提高量基本相同;而贯入度在10～12 mm范围时,前倾安装的483 mm(19 in)盘形滚刀较传统安装的同规格盘形滚刀在破岩过程中的能量利用率提高量约为10％;而前倾安装的533 mm(21 in)盘形滚刀较传统安装的同规格盘形滚刀破岩过程中的能量利用率提高量在10～12 mm贯入度范围却降低了约46％.     

掘进机盘形滚刀所受轴向力的研究

本文通过对全断面隧洞掘进机盘形滚刀的受力分析,导出了滚刀所受轴向力的计算方法。用此法确定的数值与多次现场实测结果完全吻合,对现场实测中轴向力差异大及不为零的原因作了正确说明,从而为正确选用盘刀轴承提供依据。     

节理间距对滚刀破岩影响的线性破岩试验研究

掘进机(TBM)开挖过程中受到各种地质因素的影响,其中节理间距是影响TBM滚刀破岩的一个重要因素。设计节理间距为100mm和400mm两组试验方案。试样为甘肃北山花岗岩,应用北京工业大学自行研制的大型机械破岩实验平台,选用17英寸(432mm)的常截面盘形滚刀进行线性切割破岩试验。试验过程中记录滚刀三向力、滚刀下岩样裂纹扩展并收集了岩片。从三向力、裂纹的扩展模式和岩片等角度分析节理间距对滚刀破岩的影响。结果表明:节理间距100mm的岩体切入所需要的推力小于完整岩石的推力,节理间距400mm的岩体破岩过程中推力有一突变的过程。节理间距100mm岩体滚刀作用下存在两种破坏模式,节理间距400mm的岩体破岩过程则包括了正常破岩和节理面影响破岩两个过程,并且节理对竖向主裂纹向节理面扩展有加剧的作用。节理面下方岩石较完整,节理面阻碍裂纹朝节理面下方岩石传播。     

齿形角为25°的齿轮刀具设计

我厂生产的WD1200挖掘机上,有一部分齿轮采用齿形角为25°的渐开线齿轮。其中模数M=8～16的用滚刀加工,M22～26的用成型模数铣刀盘式指形铣刀加工。滚刀设计原理与齿形角为20°的齿轮滚刀     

基于协同破岩的TBM刀盘优化策略

岩石隧道掘进机工作时的刀具受力情况是影响刀盘破岩性能的关键。为了分析滚刀之间的协同破岩效应,提出3种基本的协同破岩模式,并将多把滚刀协同破岩过程等效为3种破岩模式的组合。不同破岩模式下,滚刀切割岩石的先后顺序不同,结合线性切割试验,证实了不同模式下3种滚刀力等级的大小关系。以引汉济渭岭北隧洞TBM工程为背景,研究得出名义磨损量与破岩模式的叠加效应具有较强的相关性,其中,由内而外模式占比与滚刀名义磨损量具有明显的正相关性,据此提出了考虑刀具磨损量的TBM刀盘刀具优化策略。     

掘进机盘形滚刀破岩工作模拟及分析

用ＢＡＳＩＣ语言编程,模拟了全断面岩石掘进机盘形滚刀的破岩过程,计算了盘形滚刀刃上一点在三维空间,各个方向上的位移变化量及其在不同转角,不同刀间距情况下侧滑量的变化趋势,并绘 盘刀破岩过程中此点的轨迹变化投影图,为进一步分析研究盘形刀的破岩机理提供参考。     

盘形滚刀破岩力预测及试验研究

盘形滚刀破岩力是全断面掘进机施工过程的关键参数,是刀盘设计的重要依据。深入分析了盘形滚刀刀圈与围岩相互作用的过程,提出了以被压岩石为研究对象,对被压围岩应力分布函数进行积分推算,建立滚刀刀圈破岩力的预测模型;运用库仑-莫尔准则构建了滚刀刀圈切向力模型。通过设计盘形滚刀单刀线性破岩试验,经过试验结果对比和误差分析,验证了所构建的滚刀破岩力预测模型的准确性和有效性,为TBM刀盘结构设计优化提供一定的理论依据,可为实际施工提供科学指导。     

盘形滚刀与岩石相互作用理论研究现状及分析（一）

全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩理论是全断面岩石掘进机研制及其施工工程工期预测等的理论基础。通过对国内外学者对盘形滚刀破岩理论研究成果的分析,总结建立这些成果所依据的模型特点和分析方法,据此将这些模型分为经验模型、一维模型、二维模型和三维模型进行论述,国内外学者对一维模型的研究较深入,成果也较多;对二维模型的研究次之,但也产生了相对成熟和实用的结论;对三维模型的研究则较少,尚未建立成熟和实用的结论。     

滚刀线性侵入试验中岩石破裂模式研究

采用北京工业大学自主研制的大型机械破岩试验平台,研究了北山花岗岩在单个滚刀单次及多次线性侵入试验中的岩石破裂情况。试验采用直径17英寸（432 mm）的常截面盘形滚刀,对尺寸1000 mm×1000 mm×600 mm的花岗岩试样进行了侵入试验。研究发现在滚刀切槽周边,随距离远近,岩石破裂程度不一。基于试验观察和裂纹数字化处理结果,将岩样分划为岩粉区、破裂区和原岩区3个区域,并对各区的尺寸和面积加以统计。同时对波速和回弹指标进行测试,发现各区内的指标存在明显差异。随着侵入次数增多,岩石中破裂各区的面积有明显增大,但相应区域内的指标变化并不显著。     

围压下掘进机多滚刀顺次破岩机理数值模拟研究

基于统计力学与细观损伤数值模型,运用RFPA^2D建立三把滚刀顺次侵入岩石的计算模型,并展开系列数值试验,模拟了岩石在不同围压、不同加刀次序下裂纹萌生、扩展以及破碎的全过程,并从能量的角度出发对刀间距的优化问题展开了探讨。研究结果表明,滚刀相位角的存在对岩石的破碎模式和破碎效率有着重要的影响;滚刀顺次加刀优于同时加刀;围压增大,裂纹向深部扩展能力降低。相同围压下顺次加载时存在最优刀间距。同时加载时,随着围压的增加,最优刀间距逐渐增加。研究结果可为地下工程岩石破碎理论与隧道掘进机刀盘布置提供依据。