基于均衡破岩量的TBM正滚刀多目标优化布局

全断面岩石掘进机(TBM)是高度自动化的隧道掘进机械设备,其滚刀布局设计是刀盘快速有效掘进的关键技术。通过对TBM刀盘滚刀基本布局原则的总结,结合现有螺旋线布刀规律的研究分析,提出了变速螺旋线滚刀布局设计方法。基于滚刀破岩量差异最小化思想对正滚刀布局建立多目标优化模型,采用极径与极角分步优化设计,利用遗传算法对正滚刀极径进行优化设计模型求解,再利用NSGA-Ⅱ算法对其极角多目标优化模型求解。以TB880E刀盘滚刀布局为算例,对其正滚刀布局优化设计进行分析,与原有刀盘滚刀布局对比得出:不平衡径向力下降了33.9%,刀盘倾覆力矩下降了78.1%,正滚刀破岩方差也有了很大程度地减小,优化结果更利于正滚刀的均衡磨损。滚刀整体布局质心也更靠近刀盘中心。     

全断面掘进机刀具布置方法研究

介绍了全断面岩石掘进机的刀具布置形式和布置原则,建立了盘形滚刀的优化布刀模型,提出适用于边滚刀的主要布置原则,利用多目标多约束的手段来优化刀具布置,用遗传算法得到最优解。并以某型刀盘为实例,验证了该布置方法的可能性。     

基于免疫算法的全断面岩石掘进机刀盘滚刀布局设计理论研究

全断面岩石隧道掘进机(TBM)刀盘滚刀布局对掘进性能有显著影响。文中针对滚刀受力与刀盘滚刀布局方法进行分析,针对刀盘径向载荷最小、刀盘倾覆力矩最小、质量分布均匀、破岩差异量最小4个优化目标进行层次分析法加权统一,建立了刀盘滚刀布局优化模型,采用具有非退化优势的免疫算法对刀盘滚刀布局进行了优化设计。以大伙房隧道的刀盘模型为工程实例,利用刀盘滚刀布局优化模型对MB264-311TBM型掘进机滚刀的优化布置进行了实践,针对米字型、螺旋线型破岩协调耦合布局及不具有耦合关系的随机型滚刀布局分别进行优化计算,优化效果显著。其中,随机型滚刀布置的优化结果明显减小了刀盘径向载荷与倾覆力矩,优化程度高达91.475%,提出基于随机型滚刀布局方式的TBM刀盘布局设计新理论。在兼顾刀盘的非性能指标约束条件下,该布局理论对于提升滚刀破岩效率、提高刀盘刀具的使用寿命具有重要的工程应用价值。     

一种硬岩掘进机滚刀设计研究

刀盘是硬岩掘进机施工中的关键部件,而滚刀是刀盘掘进中的利器,掘进机在施工过程中能否顺利推进,能否把坚硬的岩石啃下来,完全取决于滚刀的性能。假设岩体是连续和均质的工况下,对特定的硬岩掘进机滚刀起动牵引力的数值进行计算,计算的结果比实际所需的值略大,安全系数高,滚刀性能卓越、稳定,并可节约施工时间。通过三维建模和计算校核可知,刀轴设计满足强度要求。     

复合岩层TBM刀盘外部载荷的确定

TBM在工作过程中地层结构的多变性导致刀盘受力的复杂性,针对刀盘受力问题以TBM刀盘掘进沈阳地铁二号线复合地层为研究条件,基于SolidWorks建立了简化的刀盘三维模型和岩石截面分层模型,构成破岩系统模型。利用CSM滚刀预测模型计算了滚刀在不同岩层下所需的破岩力,合算出掘进实际地层时刀盘所需推力。在ADAMS环境中对刀盘破岩过程进行动力学模拟,通过提取盘面上所有滚刀载荷和刀盘惯性载荷来确定整个TBM刀盘掘进过程中的载荷时间历程。     

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。     

基于数字样机技术的隧道掘进机刀盘破岩机理分析

针对隧道掘进机(TBM)刀盘设计中刀具布置规律优化的问题,分析了TBM刀盘的破岩机理,建立了TBM工作时的刀具受力模型,并提出了如何提高刀盘破岩性能的方案。构建了带复杂约束的多变量非线性目标数学模型,并采用智能算法开发了一种针对刀盘上刀具布置规律的优化程序。针对EPB6.28m型TBM刀盘上的盘形滚刀建立了破岩仿真有限元分析模型。在滚刀工作时的实际工况条件下进行了岩石压痕试验与线性切槽试验的仿真分析,获得了该盘形滚刀工作时的压力—贯入度关系以及最优刀间距范围,为TBM刀盘和盘形滚刀的参数设计以及刀具布局优化提供了参考。     

基于CSM模型的TBM滚刀受力预测公式

研究盘型滚刀的受力模型可以使滚刀受力计算更精确,进而为刀盘的受力分析及刀具在刀盘上的布局提供理论依据。通过对原有CSM受力模型分析的基础上,基于盘形滚刀切割岩石实际情况提出了改进的CSM模型。对滚刀刀圈采用NX Nastran软件有限元分析计算校核其强度。通过与实验数据及与原CSM模型对比验证了其优越性,并与国内外现有的其他受力模型进行了对比,验证了文中提出的滚刀侧向力公式。研究结果为TBM盘形滚刀的设计、研究滚刀磨损及整个刀盘的受力提供了理论依据。     

TBM盘形滚刀布置方式探讨

滚刀在TBM刀盘上的布置是刀盘设计的关键环节.通过对TBM盘形滚刀破岩机理的分析,得出盘形滚刀的受力计算式;根据TBM刀盘上滚刀布置的基本原则,提出用TBM破岩时刀盘的受力平衡公式;根据国外成熟厂商刀盘图纸,得到刀具布置规律,并用理论计算进行验证,为TBM刀盘上滚刀的布置提供参考.     

基于灰关联分析的全断面岩石掘进机滚刀布局优化方法

滚刀的布局需要符合滚刀在刀盘面上分布均匀、分散、对称的布置位置要求,刀盘分块合理、刮碴铲斗排碴顺畅的结构设计要求,以及刀盘变形和应力小、刀盘整体受力平衡的力学性能要求。针对现有的典型滚刀布局模式难以同时满足这些要求的问题,提出一种基于灰关联分析的全断面岩石掘进机滚刀布局优化方法。通过对初始布局方案中的滚刀合理分组,并对组内滚刀极角施加微幅波动,建立初始布局方案集;引入不干涉条件对初始布局方案集进行初选,并以刀盘径向不平衡力、刀盘倾覆力矩、滚刀群质心偏斜量为评价指标对其进行灰关联分析计算,从而得到最优布局方案。引入采用螺旋线型滚刀布局模式的整体式刀盘和采用随机型滚刀布局模式的分体式刀盘,分别对其滚刀布局进行优化,整体式刀盘的各评价指标分别减小48%、99%、57%,分体式刀盘的各评价指标分别减小22%、59%、55%,表明了该方法的通用性和有效性。对优化前后的刀盘进行受力对比分析,发现刀盘的变形和应力未发生明显变化,表明该优化不会对刀盘刚度和应力分布产生不良影响。     

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。     

涂层滚刀加工喷焊齿轮的试验研究

本文研究了用涂层滚刀加工镍基喷焊齿轮的试验结果。结果表明涂层滚刀的耐磨性和抗粘结能力有所提高,但刀具的磨损,特别是边界犁沟形式的磨损比较严重,复会涂层滚刀的磨损相对要小些。     

大直径盾构刀盘结构整体强度分析

盾构掘进机是一种广泛应用于隧道工程施工的大型机械设备。刀盘刀具是盾构掘进机的关键部件,因此盾构刀盘的强度设计十分重要。文中利用有限元软件建立盾构刀盘的有限元模型进行数值模拟,分析了在不同工况及不同设计方案下刀盘的受力状态,为盾构刀盘刀具优化结构设计提供参考依据。     

修形滚刀的齿形测量原理及其实现

对修滚形滚刀的齿形测量进行了系统研究，着重阐述了测量原理及其数据处理模型，同时论述了利用ＣＮＣ技术实现该测量原理时所涉及的几个关键问题，最后介绍了基于这种测量原理的“ＣＧＷ３００数控型滚刀测量机”的实测结果。     

基于Solid Edge的链轮滚刀加工刀具刃形的精确设计与加工

根据链轮滚刀的法向齿形和与链轮共轭的齿条齿形相同的原理 ,利用SolidEdge三维实体造型技术将链轮滚刀的法向齿形直接转换为轴向齿形 ;根据链轮滚刀加工刀具的结构特征及线切割加工方式 ,提出了精确设计和制造滚刀加工刀具刀刃廓形的新方法 ,解决了常规设计制造过程中滚刀法向齿形难以精确控制的问题     

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。     

利用加工渐开线齿轮滚刀滚切铣刀容屑槽

本文阐述了在滚齿机上加工浙开线齿轮用的直线刃滚刀滚切铣刀容屑槽,不但可大大地减轻工人的劳动强度,而且可改善工件的粗糙度,是一种高效的新加工方法。     

土压平衡顶管机刀盘的改进与实践

以西安市东月路雨水管道工程现场施工为例,分析了在西北地区不同地层条件下土压平衡顶管机刀盘磨损严重原因,提出了该地层条件下刀盘刀具合理布置方式、刀具形状改造方案,所提出的刀具布置方式和刀具形状等技术措施通过现场施工作业证明,刀盘刀具在连续施工条件下使用寿命从6天提高到30天。     

盾构刀盘驱动模拟装置液压系统设计与研究

论述了一种盾构刀盘驱动模拟装置液压系统工作原理,从变量泵、电机及液压马达选型、发热计算等方面对其液压系统进行了设计与研究,并根据实验需求,按照等比缩放原则,设计了模拟刀盘惯性负载的惯性轮。该模拟装置,能够为进行盾构刀盘驱动液压控制系统的研究提供可靠的实验平台。