土压平衡式盾构机刀盘的有限元分析

通过对土压平衡式盾构机刀盘分析校核过程中重要环节的总结,对具有普遍性意义的难点做出详细归纳。具体内容包括网格划分密度和计算时间的两难选择问题,加载过程中最大限度地满足实际工况的必要性等等。所提出的在模型加载过程中反转主动力和被动力的方法对许多有限元分析问题都有参考价值。     

某型土压平衡盾构机刀盘有限元静力学结构分析

根据某地区地铁线路标段的地质水文等特点,设计某型号土压平衡盾构机刀盘型式,对该型号土压平衡式盾构机刀盘建立三维实体模型,采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,对刀盘结构进行了受力特性有限元分析,获得了刀盘的应力及变形情况,结果表明,设计刀盘满足强度和刚度的要求,该型号盾构机在该地铁线路的施工中应用效果良好,满足施工要求。通过理论计算结果和实际应用情况表明,盾构机刀盘数值模拟对刀盘的结构设计提供了理论支撑。     

土压平衡盾构机刀盘牛腿的有限元分析

采用有限元法对土压平衡盾构机的关键部件刀盘牛腿进行静力学分析,同时计算其在受力条件下的前6阶模态的固有频率、振型、相对位移的分布图。分析结果显示出受力薄弱区以及抗震薄弱区,为刀盘牛腿的静力学以及动力学优化提供必要的依据。     

微型土压平衡盾构机刀盘的设计

为了满足微型土压平衡盾构机在不同地质条件下的正常掘进,设计制造了开口率可变的0.92m微型土压平衡盾构机刀盘。对微型盾构机刀盘的结构设计与刀具的布置方法进行了详细说明,并结合地质和岩土工程方面的知识,对微型土压平衡盾构机刀盘所受载荷进行了计算。利用CATIA软件对所建立的刀盘三维模型进行了有限元分析,结果表明刀盘的结构设计完全满足使用要求。     

土压平衡盾构机刀盘装配难点解析

分析了土压平衡盾构机上刀盘装配过程中刀具焊接和管路组装遇到的难点,通过引入专用工装等措施,有效地保证了刀盘装配精度。     

复合式土压平衡盾构机刀盘焊接工艺

刀盘作为盾构机的引领部分,既能切削土体,又对切削面起到支撑作用,是盾构机的重要组成部分。大直径刀盘焊接件结构复杂,体积重量较大,焊接工艺繁琐,因此,在生产中对刀盘焊接件的焊接工艺及焊接质量具有较高的要求。以复合式土压平衡盾构机刀盘为例,通过理论与经验的结合,对刀盘焊接件的焊接工艺及注意事项做详细描述,包括焊接前准备工作、焊接参数的选择以及焊后处理工作,以期为同类盾构机刀盘焊接件的焊接工艺提供宝贵的实践经验。     

土压平衡盾构机刀盘电机控制系统的设计

为解决盾构机刀盘电机控制系统中存在的程序控制点多、逻辑复杂,易导致系统调试和维护不便的问题,将模块化编程技术应用于刀盘电机控制系统程序设计中。开展了刀盘电机控制系统结构分析,建立了刀盘运行状态和各个辅助系统之间的关系,提出了“将刀盘电机运行分成若干个状态,将各个辅助系统的条件采集过程设置为子程序”的状态机编程思想,子程序负责采集系统信息供给状态机决策使用,状态机完整描述了刀盘电机可能经过的各个状态并直接决定刀盘电机在该状态下所执行的动作。将该系统应用于实验型土压平衡盾构机中,并进行了大量的实验。研究结果表明,该系统完全满足土压平衡盾构机刀盘电机控制的需要,状态机编程可使整个程序构架更加清晰明了,易于调试和后期维护。     

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。     

土压平衡盾构刀盘的力学分析及优化设计

为了提高南京地铁某型土压平衡盾构刀盘的刚度、强度,使用有限元分析软件对其进行静力学分析和疲劳使用寿命分析,得到了刀盘结构的等效应力、位移量和使用寿命云图,确定该型刀盘强度最薄弱的部位在牛腿和法兰盘连接处牛腿边缘。基于模糊逻辑的多目标遗传算法,对刀盘的面板结构尺寸参数进行优化,增加了刀盘面板的开口面积,优化后刀盘的整体力学性能有明显的提升,实现盾构刀盘的优化目标,为盾构刀盘结构优化设计提供方法。     

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。     

土压平衡盾构机主轴承的力学分析

盾构机主轴承是盾构机的主要部件,对盾构机的使用寿命起到至关重要的作用。文中运用理论和经验公式对盾构推力和刀盘扭矩进行了计算和比较,并对盾构机主轴承进行了校核计算,对新型盾构机主轴承的研发具有一定的参考意义。     

土压平衡式盾构机刀盘转矩的理论建模与分析

在对盾构原理及土力学分析的基础上,建立了盾构机刀盘转矩各构成部分的模型和计算公式并进行分析求解,同时对盾构转矩与系统其他因素的相互关系进行了分析,通过实例进行模型对比分析和验证。结果表明,所建模型及计算公式有较高的精准度,对盾构设计与施工有重要参考价值。     

土压平衡式盾构机土压控制的模拟实验

介绍了土压平衡式盾构机土压平衡的工作原理,在盾构模拟试验台上采用自整定PID对盾构密封舱内的土压力进行了实时控制。由模拟实验可知,在保持推进速度不变的情况下,通过对密封舱内土压力的实时监测来控制螺旋输送机转速的实时变化,可控制密封舱内土压力在设定的范围内,从而达到控制地表沉降、减少地表变形的目的。     

微型土压平衡盾构机刀盘开口率对排土率的影响

刀盘开口率是刀盘设计的关键参数,是决定盾构机是否稳定掘进的关键参数之一.在充分理解刀盘与开挖面相互作用的基础上,分析了开口率对排土率的影响,并推导出最大排土率与最小排土率的计算方法.根据该计算方法,研究了不同直径的刀盘在砂砾石地层掘进时,排土率随开口率变化的情况.分析结果表明:在砂砾石地层中直径为3m的刀盘开口率取值为70%~85%时有利于开挖面的稳定.     

海瑞克土压平衡式盾构机

德国海瑞克公司生产的土压平衡式盾构机是目前世界上先进的盾构机,广泛应用于世界各国城市地铁的施工建设。我局从该公司购买的两台直径为6.34m土压平衡式盾构机,应用于深圳地铁1号线的隧道施工。现场施工中,该盾构机显示出掘进速度快,施工效率高,施工质量好等特点。海瑞克盾构机以卓越的性能、可靠的质量、先进的结构,赢得了越来越多的用户的信赖和认可。     

盾构机刀盘的力学分析与优化设计

复合型盾构机能同时切削软土和硬岩的特性使得复合型盾构机被广泛应用。刀盘作为复合型盾构机的关键部件,其应力分布是否合理,工作时是否发生共振,都是刀盘是否工作在安全范围内的关键。以大连刀盘为基础,分析了两种工况下刀盘的应力分布和最大变形,同时还考虑了刀盘可能会发生共振,对刀盘进行模态分析和谐响应分析,模态分析得到了刀盘的固有频率和前10阶振型图,谐响应分析得到了刀盘两处幅值最大的危险点。进而基于workbench平台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,获得了刀盘强度刚度与刀盘支撑筋位置之间的映射关系,采用多目标优化方法进行了有效求解,得到了等效应力和变形最小时的最优支撑筋截面直径参数。     

土压平衡盾构刀盘优化设计与分析

针对某土压平衡盾构(EPB)刀盘,以刀盘质量、强度和刚度为优化目标,基于Workbench平台建立了刀盘参数化设计优化模型,采用多目标遗传算法进行求解,得到了3种优化方案。针对刀盘应力集中处局部结构进行改进,有限元分析结果表明适当增加牛腿壁厚和选择合适的牛腿轴线与面板之间夹角值,能有效提高刀盘的力学性能。     

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。     

土压平衡式盾构机施工常见问题研究

以土压平衡式盾构机施工过程中易遇到的结饼、闭塞、喷涌等工程问题为研究对象,分析其产生原因,针对这些问题产生的机理,提出解决并预防此类问题的方法。通过在泥土中添加泡沫作为添加剂来改良土质,能够很好的解决泥土结饼等问题,保障地下施工顺利、安全、可靠进行。研究结果为土压平衡式盾构机的地下施工提供一定参考。     

复合式土压平衡式盾构机程控系统

介绍了西门子S7-400控制系统在Φ6.21m复合式土压平衡式盾构机电控系统中的应用,说明了该系统的安全可靠性。