学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

盾构典型刀具组合破岩受力特性研究

作　者: 欧阳涛
导　师: 夏毅敏
学　校: 中南大学
专　业: 机械工程
关键词: 刀具组合力学模型盘形滚刀刮刀先行刀
分类号: U455.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 115次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

近年来随着地下空间工程建设的需要和科学技术水平的提高,盾构法作为地下空间工程施工的主要手段,盾构掘进机及施工技术在我国得到了广泛应用,盾构掘进机技术的发展也得到了国家相关部门和施工企业的高度重视。盾构主要是通过盾构刀盘上的盾构刀具切削破岩而完成掘进,但由于地质条件复杂多样,一种刀具往往无法适应多种地质条件,因此在工程中盾构刀盘往往采用多种刀具组合布置,此时多刀具组合切削破岩力学特性成为关键问题,因此必须对多刀具组合切削破岩力学特性展开研究,这对提升刀具的使用性能、优化刀具配置、提高刀具的使用寿命有重要意义。深入分析了单滚刀及滚刀组合切削的破岩机理,并对滚刀压头作用下,岩石材料的应力状态进行分析,通过滚刀结构参数及组合参数对滚刀回转切削过程影响的研究,提出相邻滚刀问相位差会引起滚刀掘进界面的不平整以及滚刀安装半径越小滚刀内外侧破岩量之差越大等结论,以此为基础并结合滚刀组合切削破岩机理,建立起滚刀回转切削三向力模型。搭建了回转式刀具切削性能测试试验台,借助该试验台对滚刀回转切削三向力模型进行实验验证,通过所得到滚刀切削三向力模型,展开对滚刀三向力随结构参数、工作参数以及滚刀组合参数变化特性的研究,得到滚刀回转切削三向力随不同参数的变化规律,最后对工程中各组合参数的选定作简要讨论。通过对先行刀与刮刀组合切削特点及切削类刀具破岩机理的分析,运用大型仿真软件ANSYS/LS-DYNA建立起先行刀与刮刀组合切削有限元模型,对先行刀与刮刀组合切削进行仿真模拟,定义破岩量与切削力的比值为先行刀与刮刀组合切削能效,通过对仿真所得切削能效及切削力的分析,最终得到先行与刮刀组合的最优高差组合,并利用某工程案例对仿真结果进行对比验证,证实了仿真结果的正确性,然后以最优组合高差为已知量,分析了切削速度与切深对先行刀及刮刀组合受力的影响,得到先行刀与刮刀组合切削力随切削速度及切深的变化规律。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-21
  1.1 课题的研究背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-18
    1.2.1 盾构刀具切削基础理论研究现状  9-11
    1.2.2 滚刀组合切削及力学模型研究  11-17
    1.2.3 刮刀与先行刀组合切削研究现状  17-18
  1.3 课题研究的目的和意义  18-19
  1.4 课题来源及主要研究内容  19-21
第二章滚刀组合切削力学模型研究  21-39
  2.1 盘形滚刀破岩机理分析  21-24
    2.1.1 单把滚刀破岩机理分析  21-22
    2.1.2 滚刀组合切削破岩机理分析  22-23
    2.1.3 岩石在压头作用下的应力分布规律  23-24
  2.2 滚刀组合参数的研究  24-31
    2.2.1 相位角对破岩面影响研究  24-28
    2.2.2 安装半径对滚刀内外侧破岩影响研究  28-30
    2.2.3 刀间距对滚刀破岩影响研究  30-31
  2.3 滚刀回转切削力学模型  31-36
    2.3.1 滚刀回转切削垂直力计算  31-35
    2.3.2 滚刀回转切削侧向力的计算  35-36
    2.3.3 滚刀回转切削滚动力的计算  36
  2.4 滚刀组切削力学模型研究  36-38
  2.5 本章小结  38-39
第三章滚刀组合切削受力特性及实验研究  39-53
  3.1 回转式刀具切削性能测试试验台研制  39-44
    3.1.1 试验台功能需求分析  39-40
    3.1.2 试验台方案设计  40-42
    3.1.3 试验台结构设计  42-44
  3.2 实验准备  44-46
    3.2.1 实验切削材料及试样测试介绍  44
    3.2.2 三向力测试原理介绍  44-46
  3.3 滚刀切削三向力模型实验验证  46-48
    3.3.1 实验目的与方案  46-47
    3.3.2 实验结果分析  47-48
  3.4 滚刀组合切削力学能性分析与组合参数设计  48-52
    3.4.1 滚刀受力随组合参数变化规律分析  48-50
    3.4.2 本文模型与现有力学模型对比分析  50-51
    3.4.3 滚刀组合切削组合参数设计  51-52
  3.5 本章小结  52-53
第四章先行刀与刮刀组合最优高差及受力特性研究  53-68
  4.1 先行刀与刮刀组合切削分析  53-56
    4.1.1 先行刀与刮刀组合切削使用情况介绍  53-54
    4.1.2 先行刀与刮刀切削破岩机理分析  54-56
  4.2 先行刀与刮刀组合切削研究方法介绍  56-60
    4.2.1 研究方法的选择  56
    4.2.2 仿真切削方法  56-57
    4.2.3 仿真方案的制定  57
    4.2.4 有限元模型建立  57-58
    4.2.5 仿真参数及边界条件设置  58-60
  4.3 先行刀与刮刀组合最优高差仿真分析  60-63
    4.3.1 切削现象分析  60
    4.3.2 不同组合高差下切削力及效率分析  60-62
    4.3.3 先行刀与刮刀组合设计分析  62-63
  4.4 某盾构刀盘先行刀与刮刀组合切削设计分析  63-64
    4.4.1 工程概况  63
    4.4.2 盾构改进前后使用情况介绍  63-64
    4.4.3 仿真结果与工程对比分析  64
  4.5 多因素对先行刀与刮刀组合切削力的影响规律  64-67
    4.5.1 切削力随回转速度的变化规律  65-66
    4.5.2 切削力随切深的变化规律  66-67
  4.6 本章小结  67-68
第五章结论与展望  68-70
  5.1 结论  68-69
  5.2 展望  69-70
参考文献  70-76
致谢  76-77
攻读学位期间的主要研究成果  77

盾构典型刀具组合破岩受力特性研究

内容摘要

全文目录

相似论文