TBM刀盘电动-液压同步驱动系统研究

基于TBM刀盘驱动系统的工作原理,分析了不同刀盘驱动方式的优缺点,提出了采用电动-液压同步驱动方式,实现大扭矩的刀盘驱动。工程应用表明,这种方法实现了TBM刀盘电动和液压的同步驱动,为TBM刀盘驱动系统的改进提供参考。     

TBM刀盘再制造

<正>本次再制造的TBM原用于重庆某项目,自2009年12月投入项目施工以来,历时21个月,于2011年8月完成项目施工任务,总掘进里程为6652m,掘进区间主要地质为砂岩、砂岩夹泥质砂岩、泥质砂岩夹砂岩。2011年11月设备退场后存放于重庆某TBM存放场。刀盘露天存放,状况不佳。该TBM拟新用项目(TBM掘进段)全长10180m,穿越围岩等级以Ⅲ、Ⅳ级为主,包括:花岗岩、白云岩、灰岩夹石英砂岩、断层角砾、灰岩、白云岩夹石英砂岩、片岩、板岩、千枚岩夹石英岩、     

TBM刀盘自动装配系统开发

全断面掘进机刀盘(TBM)是TBM的核心部件,TBM刀盘模型装配过程耗费设计人员大量的时间,不仅降低了刀盘整体设计的效率,还会由于操作人员对各类三维软件的不熟悉而降低刀盘装配的可靠性,因此对TBM刀盘自动装配进行系统开发很有必要。对工程上常见的几类典型结构刀盘装配体模型进行Solid Works二次开发做了研究,运用C#语言在Visual Studio 2010环境下进行Windows界面开发,最终开发出TBM刀盘自动装配系统的Solid Works插件,该系统具有自动装配和干涉检查功能,保证了自动装配后的刀盘模型准确、可靠。     

TBM刀盘驱动系统分层次建模及动力学特性研究

提出一种适用于全断面岩石掘进机(Tunnel boring machines,TBM)刀盘驱动系统的分层次建模方法,考虑系统变频电机运行特性、齿轮时变啮合刚度和啮合误差等非线性因素,基于动力学相似理论建立刀盘驱动系统整机动力学模型。研究了刀盘驱动系统在电动机启动、稳态载荷与冲击载荷等工况下的动力学响应,分析结果表明各构件的振动频率主要集中在各级啮合频率的倍频处;动态啮合力的最大幅值均发生在相应啮合频率的倍频处且动态啮合力的波动随着外部激励的增加而加剧。基于模型试验台,测试得到不同转速工况下刀盘驱动系统的振动响应,结果表明各级传动系统的啮合频率及倍频是系统振动的主要频率成分,验证了分层次建模方法的适用性,分析结果为刀盘驱动系统的动力学设计提供了理论依据。     

TBM刀盘设计综述

刀盘是TBM的关键部件,是影响TBM掘进效率的决定性因素。分析TBM刀盘的结构形式,根据盘形滚刀的破岩机理和大直径滚刀在现代工程实际中的良好业绩,说明大直径滚刀是TBM发展方向;根据平均刀间距的计算公式,确定滚刀数量及布置方式;根据安装滚刀的线速度计算刀盘最大转速,为TBM刀盘的选型、刀具布置及动力配备提供重要依据。     

盾构刀盘液压驱动系统

刀盘驱动液压系统是盾构液压系统的重要组成部分。本文简要介绍电比例功率自适应控制和变频驱动控制两种刀盘液压系统及其工作原理和特点。该驱动系统与阀控系统相比，具有结构简单、技术先进、性能可靠等特点，特别是节能效果明显。     

TBM刀盘设计若干关键技术

刀盘设计是全断面岩石隧道掘进机的设计关键,是影响其掘进性能的决定性因素.综述了刀盘设计关键技术的研究进展,重点对盘形滚刀破岩机理、刀盘切削参数、围岩力学属性参数及试验、刀具破岩受力分析模型和施工预测模型、刀盘布局(含刀具布置)等方面进行了较系统的分析和总结.最后讨论了有待深入研究的问题.     

TBM刀盘支撑筋布置优化

综合考虑刀盘支撑筋支撑和出碴的功能,建立了以刀盘强度和刚度为优化目标的刀盘支撑筋布置优化设计模型,基于Workbench平台采用神经网络拟合方法建立了刀盘强度和刚度与刀盘支撑筋位置之间的映射关系,进而采用NSGA多目标优化方法进行了有效求解。结果表明：在3种岩石边界和极限工况下,优化求解的方案在刀盘强度和刚度方面均优于原始方案,为TBM刀盘支撑筋结构设计提供了一种新的思路。     

TBM刀盘开口面积的确定

研究了全断面岩石掘进机(TBM)的最小开口面积。以5.55m直径刀盘为研究对象,建立了不同开口面积刀盘的三维面体模型,基于离散元仿真软件PFC3D对TBM刀盘的出碴过程进行仿真,得到刀盘的合理开口面积。结果表明,随着刀盘开口面积的增大,刀盘内部的颗粒数量达到稳定状态就越快,且波动也越小;当刀盘开口面积大于2.5m2时,随着开口面积的增大刀盘内部颗粒数量的方差减小的就越缓慢;在开口面积约为2.7m2时,单位时间内的排碴量与破岩量相等。以单位时间内排碴量大于破岩量且刀盘内部颗粒数量波动尽量小为原则,得到5.55m直径刀盘的合理开口面积为(2.7~3.5)m2。     

TBM刀盘设计若干关键技术

刀盘设计是全断面岩石隧道掘进机的设计关键,是影响其掘进性能的决定性因素。综述了刀盘设计关键技术的研究进展,重点对盘形滚刀破岩机理、刀盘切削参数、围岩力学属性参数及试验、刀具破岩受力分析模型和施工预测模型、刀盘布局（含刀具布置）等方面进行了较系统的分析和总结。最后讨论了有待深入研究的问题。      

TBM刀盘掘进载荷影响因素研究

全断面隧道掘进机(TBM)刀盘总推力与总扭矩是决定刀盘使用性能的关键因素。基于扩展Drucker-Prager岩石屈服准则,采用有限元软件ABAQUS模拟刀盘掘进破碎岩石的过程,利用正交试验方法研究了刀盘工作参数、地质参数和结构参数对刀盘总载荷的影响规律。结果表明:刀盘直径对刀盘掘进的总载荷起决定性作用,贯入度以及岩石单轴抗压强度对其有明显的影响,刀盘转速对其影响最小。通过单因素分析了贯入度与刀盘转速对刀盘总扭矩的影响,并对比工程实际数据对其进行了验证。     

TBM刀盘有限元参数化建模方法

受结构复杂性的影响,TBM刀盘的有限元建模过程将耗费大量的时间成本。基于APDL(ANSYS parametric design language)语言,研究了典型刀盘结构的有限元参数化建模方法,并通过模态实验对建模方法的可靠性进行了验证。结果表明:刀盘固有频率的计算值与测试值的最大误差仅为6.58%,按本文方法建立的刀盘有限元模型能够较好地反映实物模型的固有特性,可作为相关仿真计算的基础模型。研究结果可为刀盘的仿真分析及复杂结构的快速有限元建模提供参考。     

盾构刀盘驱动液压系统的实验研究

盾构刀盘驱动液压系统具有功率大、功率变化范围宽的特点，文章介绍全局功率自适应的泵控马达系统的工作原理，通过在模拟盾构实验台上的掘进实验，证明该系统能适应掘进中的复杂工况，系统节能效果好。     

盾构刀盘驱动液压系统设计

刀盘驱动液压系统是盾构液压系统的重要组成部分 ,文章介绍了该系统的设计要求、工作原理及其特点。试验结果表明 ,该系统满足设计要求 ,具有结构简单、技术先进、性能可靠等特点     

盾构机刀盘驱动液压系统设计

该文针对盾构机刀盘驱动系统的工作要求,设计了一种刀盘驱动液压系统,系统为变量泵-变量马达闭式回路,采用电液比例技术实现刀盘双向旋转和无级调速.系统在满足要求的前提下具有效率高、节能的特点.     

模糊偏好的TBM刀盘溜碴结构设计

溜碴板作为刀盘的支撑结构,会影响刀盘的出碴性能,也会影响刀盘的刚度与强度.依据以往传统设计方法得到溜碴板出现的问题,在满足刀盘刚度和强度设计要求的条件下,提出了一种通过修改溜碴板有效长度来改进出碴性能的方法,并对有效长度不同的溜碴板所对应的TBM整体刀盘用离散元法仿真模拟其出碴过程.结合模糊综合评价模型对仿真结果进行分析对比,证实刀盘的出碴性能会受到溜碴板有效长度的影响.     

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。     

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。     

基于APDL语言的TBM刀盘系统有限元参数化建模方法

为了快速、高效地建立TBM刀盘系统有限元模型,在对刀盘系统的细小和次要结构进行合理简化的前提下,设置了能够反映刀盘系统结构特征和尺寸的51个可变参数,提出了刀盘面板、滚刀组合及刀盘系统整体的有限元模型构建方法,基于ANSYS的APDL语言开发了TBM刀盘系统有限元参数化建模程序,并指出了建模过程中应该注意的技术问题。以面板刀孔尺寸干扰为例介绍了参数合理性甄别问题,并对边滚刀定位尺寸进行了深入研究。该程序可以实现各类常规TBM刀盘系统有限元模型的快速构建,为类似复杂结构有限元模型的参数化建模提供了行之有效的方法。     

不同加载下的TBM刀盘瞬态动力学分析

以滚刀破碎岩石时所受冲击载荷作为瞬态载荷输入,运用有限元软件分析得到了刀盘承载规律与承载的薄弱位置并与静力学分析结果相比较。结果表明:支撑筋与法兰连接处应力存在大幅度的突变,冲击载荷对刀盘应力大小影响明显,且最大等效应力大于静力学分析结果。