输水隧道掘进机刀盘的设计研究及应用

全断面岩石掘进机是由多个系统组成的大型高效隧道施工机械.根据工程地质条件,进行针对性的刀盘设计,选择刀具、确定主要参数、对盘体结构进行设计,实现刀盘的破岩、出渣、稳定掌子面主要功能,耐磨、降温除尘辅助功能.经过工程实践应用,刀盘使用良好,为类似工程的成功应用积累实践经验.     

复合型盾构掘进机刀盘的设计分析

我国软土隧道盾构设计、制造技术已经非常成熟、可靠，但复合型盾构技术基本上还处于空白。目前我国仅自行设计制造过2台复合盾构，是由上海隧道工程股份有限公司设计，并用广州地铁1号线工程日本三菱株式会社的φ6．14m泥水盾构改制而成，实际应用于广州地铁2号线工程试验段。     

全断面岩石掘进机刀盘面板弯曲理论及应用

刀盘是全断面岩石掘进机的核心部件,其形变对全断面岩石掘进机作业稳定性及盘形滚刀寿命都有重大影响。通过分析刀盘结构,将刀盘分成刀盘面板域、刀具更换室域和刀盘大轴承座等3大区域,并将刀盘面板近似看成外缘固定的弹性薄板。建立刀盘面板弯曲理论模型,求解该模型发现,若使刀盘形变均匀,其厚度应不低于0.25 m,最好大于0.35 m。     

组合式切削刀盘在矩形隧道掘进机上的应用研究

结合施工应用,讨论了组合式切削刀盘在矩形隧道掘进机设计中的实现方式,提出了模数化切削刀盘的方案,研制了切削面积可调整的新型切削刀盘装置。通过增减刀盘数量来提高切削刀盘的适应能力,在刀杆上设置伸缩装置实现刀盘的切削面积可调,使整个切削刀盘具有适应性强、通用性好的特点。实践证明,新型组合式切削刀盘安全可靠,切削面积调整方便,具有良好的社会效益和经济效益。     

硬岩隧道掘进机刀盘全面整修技术

介绍了TB880E型全断面硬岩隧道掘进机完成2个工程、累计12km掘进并且又闲置5年之后，对刀盘进行全面整修的实例，可为类似项目提供借鉴。     

硬岩竖井掘进机刀盘结构的设计探讨

针对某硬岩全断面竖井掘进机的施工特点,从刀盘主体结构、刀盘刀间距、出渣结构等关键结构件方面对全断面竖井掘进机的刀盘进行了设计,并建立了刀盘的载荷受力模型,得出了刀盘结构的应力应变分布规律以及结构强度薄弱点,根据有限元计算结果提出了优化方案.对生产样机进行了工业试验,在C40素混凝土浇筑的基坑中试掘进,工业试验数据显示优...     

岩石掘进机盘形滚刀刀圈材料耐磨性研究

本文研究了岩石掘进机盘形滚刀刀圈材料6Mo2Cr2SinNiV钢1050℃淬火后在不同回火温度下的显微组织、硬度和冲击韧性。结果表明,回火后的组织由回火马氏体、初生碳化物和二次碳化物组成,一次碳化物和二次碳化物分别为（V,Mo）C和Fe3C。随着回火温度的升高,碳和合金元素的偏析逐渐减少。在550℃回火后,碳和合金元素的偏析完全消除,聚集的初生碳化物变成棒状并均匀分散在基体中。该钢具有良好的回火稳定性。在本文的试验范围内,试验材料在550℃回火时获得最高硬度59.0HRC,并且随着回火温度的升高其冲击韧性缓慢下降,在1050℃淬火和550℃回火后具有良好的耐磨性,其耐磨性是Q275A钢的10.59倍。     

全断面岩石掘进机刀盘支撑刚度理论分析

全断面岩石掘进机刀盘对整机作业性能有重要影响。根据弹性力学理论,给出刀盘弯曲的弹性曲面微分方程,研究刀盘与其大轴承间夹支、简支联结关系及相应边界条件。据此,导出了刀盘弹性曲面微分方程的解;分析并研究刀盘横向弹性位移取极小值的条件及在此条件下刀盘作业刚度与刀盘半径及其支撑半径间的关系,给出在刀盘其它条件都相同情况下,获得刀盘较高作业刚度的刀盘半径与其大轴承支撑半径间的定量表达式;借助有限元分析软件,对所给表达式进行验证。研究结论可为全断面岩石掘进机刀盘的深入研究提供理论借鉴,为全断面岩石掘进机刀盘设计理论的建立提供依据。     

土压平衡盾构掘进机刀盘扭矩模拟试验研究

通过对土压平衡盾构掘进机刀盘切削土体进行理论分析,建立数学模型,得出相应计算公式。介绍了模拟试验平台和针对两种不同形式刀盘的两次模拟试验,并针对φ1800mm模拟土压平衡盾构掘进机进行刀盘扭矩计算以及结合模拟试验进行研究。此外,还针对国内外多个土压平衡盾构掘进机工程计算其刀盘扭矩,并与现场数据进行对照分析,从而得出土压平衡盾构掘进机刀盘扭矩的计算公式。研究结果表明:根据理论分析和相应计算公式可以得出关于土压平衡盾构掘进机刀盘扭矩的精确结果,且与模拟试验相符,并能满足实际工程的要求。     

救援盾构刀盘的研发与应用

救援盾构主要用来应对地质灾害形成的坍塌及空洞,救援被困人员,而救援盾构刀盘的设计尤为重要,需根据不同地质环境配置不同种类的刀具并设计刀具在刀盘的位置。为此本文设计几种刀盘来应对不同的地质环境,包括软土刀盘、脱落式复合刀盘、机械式伸缩刀盘、液压式伸缩刀盘。经过现场实践,刀盘能快速切削并高效掘进,形成逃生通道,保障人员安全。     

浅谈盾构刀盘的设计与应用

介绍了进行刀盘设计时,应充分考虑刀盘的结构形式、刀盘开口率、刀具的布置等因素对地质的适应性,必须能适合围岩条件,在确保开挖面稳定的情况下提高掘进速度。     

TB880E型全断面岩石掘进机刀盘刀具改进

岩石掘进机利用安装于刀盘上的盘型滚刀挤压切割围岩来实现破岩,在破岩过程刀圈磨损后破岩效率降低,有时还会遭到异常损坏,为此必须经常根据磨损程度更换刀圈,然而刀圈无法在TBM上更换,只能将整刀拆除后在车间内解体、更换刀圈并维护。频繁的换刀很大程度上将会减少TBM有效工作时间,直接影响TBM的生产率和经济效益。TB880E型全断面岩石掘进机在南疆吐库二线铁路中天山隧道花岗岩段掘进时因刀具损伤频繁,造成掘进严重受阻,施工成本急剧增加,本文论述了刀盘刀具在不良地质条件下的改良方案,实施效果良好,可为相关工程提供借鉴。     

采用锥形刀盘的全断面隧道掘进机作业过程推力分析

全断面隧道掘进机刀盘是安装刀具并向刀具传递推力和转矩,以实现开挖作业的关键部件。因为平面刀盘结构简单,在隧道(洞)掘进机上得到了广泛应用。提出一种锥形刀盘,应用塑性理论,对比分析锥形刀盘与平面刀盘在相同作用效果下的推力。通过建立的出发和掘进作业中的极限荷载模型求解发现,锥形刀盘在锥顶角为90°时存在最小推力,此力在盾构出发时减小相对量为10%,在盾构正常掘进时减小相对量为15.4%。理论分析还发现,锥形刀盘还具有刚度好,对地层适应强等优点。     

盾构刀盘改进及应用研究

盾构刀盘是在盾构掘进过程中起重要作用的部件。为了降低设备采购成本、提高设备的适应性,对适用于软弱地层中的地铁隧道施工的直径6.24m土压平衡式盾构刀盘系统进行改造,以适应单区间长距离全断面砂砾复杂地层工程的施工。介绍改进方案制定、技术工艺实施,并对改造后的刀盘实际掘进效果进行分析研究。实践证明只要改进措施得当,实施工艺合理,不仅可以扩大盾构适用范围,还可以有效提高其掘进性能指标,从而显著提高盾构施工的经济效益。     

TB880E型岩石掘进机刀盘开裂原因分析及修复方法

刀盘作为岩石掘进机施工中开挖岩石的重要部件,受力非常复杂,磨损、变形及开裂现象在施工中时有发生,以开裂最为频繁和突出。通常,在掘进机施工进行一定距离后都要对其进行裂纹修复,以保证后续施工进行。结合多年施工经验,针对TB880E型全断面岩石掘进机刀盘,从主客观角度全面分析其开裂原因,同时对施工期间如何保护刀盘提出合理化建议。重点对刀盘裂纹修复工作进行详细阐述,通过合理设计焊接工艺,有效解决刀盘开裂问题。TB880E型全断面岩石掘进机刀盘修复后,该机成功用于南疆吐库二线铁路中天山隧道的施工,其修复有效性得到证明,可为类似刀盘裂纹修复提供参考。     

盾构刀盘驱动装置行星齿轮减速器的国产化研制

行星齿轮减速器是盾构刀盘驱动装置的核心部件之一,考虑到盾构的实际工况,一般要求其在满足10000h可靠使用寿命的同时,传动比和输出扭矩应最大化,外形体积应最小化。本文以Φ6.34m土压平衡盾构所采用的行星齿轮减速器的成功研制为例,说明达到国外同类产品性能指标和可靠性的关键,在于行星架的结构设计、齿轮的制造工艺和润滑方式的合理选用,供国内同行借鉴,希望能对进一步提高盾构国产化有所裨益。     

某盾构始发刀盘变形及主轴承损伤原因分析

针对某盾构始发时刀盘变形及主轴承损伤事件,通过计算及模拟分析认为刀盘受到较大的偏载力是导致事故的主要原因,管理混乱是事故的根本原因。提出了始发时的建议推力,并给出预防和避免类似问题的建议。     

掘进机刀盘滚刀间距对北山花岗岩破岩效率的影响实验研究

掘进机(TBM)开挖隧道过程中,其刀盘上滚刀间距设计的合适与否关系着破岩效率的高低。由于岩石非均匀、非连续、各项异性的特性,使用数值模拟方法研究滚刀破岩过程存在局限性。现场掘进实验主要是针对特定的掘进机做出机械运行参数优化,无法研究不同刀间距对破岩的影响。全尺寸滚刀破岩实验可以人为调整刀间距,且实验中采用大体积岩石可以避免尺寸效应的影响,因此受到了广泛的关注。采用北京工业大学自制的机械破岩试验平台,安装17英寸(432 mm)盘形滚刀,选取尺寸为1000 mm×1000 mm×600 mm的北山完整花岗岩试样,进行了5组刀间距的线性切割试验。实验中采集滚刀三向力,分层收集岩片且对其进行称重。对不同刀间距作用下的平均法向力、平均滚动力和比能进行了分析研究。当贯入度较小时,刀间距对平均法向力和平均滚动力的影响都不明显,随着贯入度的增加,刀间距对平均法向力和平均滚动力的影响增加。对于所有的刀间距而言,增加贯入度会产生更多的岩片,但并不一定会提高破岩效率,对于北山花岗岩而言,当刀间距与贯入度的比值为30左右时,比能值最低,此时破岩效率最高。     

掘进机盘形窄刃滚刀

隧洞掘进机盘形滚刀是影响掘进效率与成本的关键零件。施工实际要求针对不同的破岩对象不断改进滚刀形状。本文根据盘形窄刃滚刀的多次试验室试验和具有一定批量的工业性试验,对反复验证的破岩规律加以简单总结,试图为今后继续进行大批量工业性生产试验积累经验。一、窄刃滚刀破岩理论根据我们多年对刀具破岩过程的试验研