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全断面岩石掘进机盘形滚刀寿命管理理论及技术研究

作　者: 张照煌
导　师: 纪昌明
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 管理科学与工程
关键词: 全断面岩石掘进机破岩模型磨损寿命管理管理软件
分类号: U455.3
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

我国特有的水资源分布特点和地理地貌特征,为全断面岩石掘进机的应用提供了广阔前景。“引大入秦”、“引黄入晋”和“大伙房引输水工程”及“秦岭隧道”、“桃花铺隧道”和“磨沟岭隧道”等工程的成功建成,发展全断面岩石掘进机应用于地下岩石质隧洞(道)工程施工已受到我国政府相关部门和施工企业的高度重视。目前,国内外关于全断面岩石掘进机盘形滚刀寿命管理的研究尚处于探索阶段,前人研究更少,是属于当前国际施工管理研究领域的前沿性课题之一,也是本学科目前尚未突破的难点和关键。因此,在广泛阅读和钻研国内外全断面岩石掘进机有关刀具破岩理论、磨损及寿命管理等文献的基础上,以已有试验数据和某隧道用全断面岩石掘进机刀具消耗为研究背景,采用模型建立、理论研究、软件开发、实际应用检验的思路,初步建立了全断面岩石掘进机盘形滚刀寿命管理理论及技术研究的理论框架。具体内容可归结为五部分。第一部分(第一章和第二章),深入分析了全断面岩石掘进机盘形滚刀寿命影响因素,探讨了全断面岩石掘进机作业对象的参数表示,研究了全断面岩石掘进机施工隧洞(道)地质勘测特点及采用全断面岩石掘进机施工的风险规避措施;第二部分(第三章),通过对全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩工作运动的分析,在已有研究成果的基础上,建立了全断面岩石掘进机刀盘上广泛使用的盘形滚刀破岩工作的空间模型,并进行了相应的理论研究,从而建立了全断面岩石掘进机刀盘上具有一定安装参数和几何尺寸的盘形滚刀破岩运动时,与岩石相互作用而引起岩石应变的数值模型,导出了盘形滚刀的垂直力、滚动力和侧向力的数值模型,结合相应的实验数据进行了分析;第三部分(第四章),分析了全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩工作时的刀盘受力,建立了刀盘受力平衡方程式,导出了用于指导刀具在刀盘上安装布置的数值模型,并用相应数据进行了检验;结合具体工程研究了全断面岩石掘进机刀盘上盘形滚刀破岩工作时的破岩点运动规律,给出了其在岩石中的位移数值模型,提出了盘形滚刀的磨损系数概念,分析了盘形滚刀的侧向磨损、滚动磨损、侵深磨损和弧长磨损,并结合实际工程进行了应用研究;第四部分(第五章),通过对盘形滚刀在全断面岩石掘进机刀盘上布置规律的研究,建立了全断面岩石掘进机刀具寿命管理模型,开发出了具有刀具磨损数据输入、相应数据分析并用于指导刀具更换的管理软件。第五部分(第六章)对全文研究内容进行了总结,并在此基础上提出了进一步研究的内容及解决的问题。

全文目录

中文摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章引言  11-19
  1.1 选题背景及意义  11-15
  1.2 国内外研究动态  15-18
  1.3 主要研究内容及章节安排  18-19
第二章全断面岩石掘进机盘形滚刀寿命影响因素  19-39
  2.1 盘形滚刀基本结构  19-21
  2.2 盘形滚刀寿命影响因素  21-36
    2.2.1 全断面岩石掘进机结构因素  21-28
      2.2.1.1 内外机架结构及联结因素  23-26
      2.2.1.2 全断面岩石掘进机后配套系统因素  26-27
      2.2.1.3 全断面岩石掘进机刀盘因素  27
      2.2.1.4 其它因素  27-28
    2.2.2 全断面岩石掘进机施工工程的地质参数与勘测  28-36
      2.2.2.1 全断面岩石掘进机施工工程的地质参数  28-31
      2.2.2.2 全断面岩石掘进机施工工程前的地质勘测及风险分析  31-36
  2.3 论文工作研究思路  36-38
  本章小节  38-39
第三章全断面岩石掘进机盘形滚刀寿命预测基础理论  39-75
  3.1 盘形滚刀寿命预测基础理论研究现状  39-50
    3.1.1 压痕理论模型  39-44
    3.1.2 平面滚动破岩理论模型  44-46
    3.1.3 盘形滚刀其他破岩理论模型简介  46-50
  3.2 盘形滚刀寿命预测基础理论研究  50-74
    3.2.1 盘形滚刀三维运动模型  51-53
      3.2.1.1 圆弧域模型  51-52
      3.2.1.2 楔形域模型  52-53
    3.2.2 岩石形变几何方程  53-58
      3.2.2.1 圆弧域作用几何方程  54-56
      3.2.2.2 楔形域作用几何方程  56-58
    3.2.3 物理方程和平衡方程  58-70
      3.2.3.1 盘形滚刀圆弧刃域与岩石的相互作用力  58-63
      3.2.3.2 盘形滚刀楔形刃域与岩石的相互作用力  63-69
      3.2.3.3 盘形滚刀与岩石的作用力  69-70
    3.2.4 盘形滚刀破岩模型正确性验证  70-74
  本章小节  74-75
第四章全断面岩石掘进机盘形滚刀寿命预测理论  75-98
  4.1 盘形滚刀布置规律  75-86
    4.1.1 作用在盘形滚刀上的力  75-81
    4.1.2 作用在刀盘上的力的平衡方程  81-86
  4.2 盘形滚刀寿命预测理论  86-97
    4.2.1 中心刀与正刀的磨损分析  86-90
    4.2.2 盘形滚刀磨损预测  90-96
    4.2.3 盘形滚刀寿命预测  96-97
  本章小节  97-98
第五章基于寿命管理的换刀模型的建立及相应管理软件开发  98-115
  5.1 基于寿命管理的盘形滚刀常见损坏形式及检查  98-99
  5.2 基于寿命管理的换刀优化数学模型的建立  99
  5.3 换刀优化数学模型的解  99-103
  5.4 程序运行结果  103-104
  5.5 工程案例  104-113
    5.5.1 管理软件界面  105-106
    5.5.2 特定工程首次使用程序  106-113
    5.5.3 调用历史数据  113
    5.5.4 修改历史记录  113
  本章小节  113-115
第六章结论与展望  115-118
  6.1 结论  115-116
  6.2 展望  116-118
参考文献  118-129
致谢  129-130
攻读博士学位期间出版的学术著作、发表的学术论文及获奖  130-131
攻读博士学位期间参加的科研工作  131

全断面岩石掘进机盘形滚刀寿命管理理论及技术研究

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