滚刀_参考网

预制割缝作用下TBM滚刀切削速度对岩石破岩性能的影响规律

掘进，虽然TBM滚刀可以实现硬岩的有效破碎，但TBM刀具和掘进机截割机构一样存在磨损严重、掘进效率低的问题[1-3]。为解决TBM滚刀磨损严重等问题，国内外学者将高压水射流技术引入至TBM全断面掘进机，进而提高硬岩巷道掘进效率[4-6]。Wang等[7]基于有限元方法建立了滚刀与高压水射流联合破岩数值模型，并基于此研究了有关参数对滚刀破岩性能的影响。耿麒等[8]基于离散元方法分析了高压水射流预切槽角度、位置、间距等结构参数对裂纹分布、破岩载荷及贯入比能的影

煤炭工程 2023年12期2023-12-26

软硬复合地层中盘形滚刀冲击载荷预测及影响因素分析

要内容之一。盘形滚刀作为掘进机刀盘上的一种主要破岩刀具,其依靠刀盘施加的推力贯入开挖面岩体,并随刀盘旋转而滚动,从而以一定贯入度滚压岩体以使其破坏崩解。盘形滚刀的损坏形式主要有[2]:以刀圈磨损、偏磨和断裂等为主的刀圈损坏、轴承损坏、密封损坏等。其中,当盘形滚刀在软硬不均的复合地层中工作时,如上软下硬地层或溶洞、溶隙发育地层等,由于地层中存在强度差异较大的岩土层,滚刀在由软岩侵入硬岩时受力会突然大幅增加,这种冲击载荷的存在会造成滚刀刀圈崩裂和磨损,同时使刀

工具技术 2023年9期2023-10-24

刃形对硬岩地层中TBM滚刀磨损行为的影响研究

点[1]. 盘形滚刀位于TBM最前端，在法向推力作用下将岩石表面压溃而不断形成岩石碎片，使TBM可以连续掘进. 滚刀在破岩过程中承受巨大的冲击载荷并缺乏有效润滑，工作环境极其恶劣，兼之天然岩石常含有高磨蚀成分，使滚刀磨损速率极高，在硬岩地层中该问题尤为突出[2-4]. 频繁更换刀具对隧道建设的工期、成本和安全性造成严重负面影响[5-6]，因而滚刀磨损始终是TBM研究领域所关注的重点. 滚刀截面形状(即刃形)是刀-岩接触行为的决定性因素之一[7]，与滚刀磨损

摩擦学学报 2023年7期2023-08-01

基于知识工程的滚刀设计系统开发＊

地位[2]。齿轮滚刀设计对经验知识要求较高，因此，滚刀设计人员需要通过长期的实践和学习才能积累相关的设计经验、技巧和方法。为了快速、高效地完成齿轮滚刀的设计工作，减少人为的设计失误，本文将知识工程引入到齿轮滚刀的设计中。知识工程的概念最早是由美国科学家费根鲍姆在1977 年的人工智能大会上提出的，这一概念被提出后众多学者纷纷投入到对知识工程的研究中，取得了巨大的成果[3]。目前，国内学者对齿轮滚刀的研究如下：刘海江等利用VB 编程软件和CAD 软件，开发了

制造技术与机床 2022年11期2022-11-10

某全断面隧道掘进机滚刀破岩有限元分析

的耐磨性[1]。滚刀刀圈属于易损、易消耗的部件，破岩时直接作用于岩石表面，具有工作环境恶劣、工作载荷不稳定、受冲击载荷大等特点，其损耗和寿命直接影响掘进的质量、效率和成本[2]。过低的刀盘转速会显著降低盾构掘进效率，过高的刀盘转速则会加剧盾构滚刀磨损程度，最终影响盾构掘进效率[3]。滚刀间的间距也会对破岩产生巨大的影响，间距过小，会造成碎石增多，增大破岩难度；间距过大，滚刀将会出现“岩脊”现象，无法有效破岩[4]。韩利涛[5]针对复合型土压平衡盾构，对滚刀

机械设计与制造工程 2022年8期2022-09-19

Creo参数化设计技术在盾构滚刀设计中的应用研究

6）0 引言盾构滚刀作为隧道掘进机刀盘的核心部件之一，其型号规格多，如何快速设计至关重要。目前国内外有关学者针对隧道掘进机设备的参数化建模研究多集中在盾构刀盘这一部件上，游思坤等[1]提出盾构Top-Down设计建模方法，潘伶伶等[2]提出了TBM刀盘有限元参数化建模分析系统。盾构滚刀、刮刀等刀具部件直接基于AutoCAD软件进行工程图设计，然而盾构滚刀种类较多，设计开发强度较大，且不利于管理滚刀图纸。运用Creo软件建立一套盾构滚刀参数化建模系统可提高盾

装备制造技术 2022年4期2022-07-24

山城岩质地层条件下复合式TBM刀盘边缘滚刀安装倾角研究

泛的应用[1]，滚刀位于TBM的最前端，直接作用于岩石，是TBM破碎岩石的主要工具。因此，滚刀在刀盘上的布置对刀盘设计、TBM掘进参数优化等具有重要意义。根据滚刀安装位置不同，刀盘上的滚刀可以分为中心滚刀、正滚刀和边缘滚刀[2-3]。由于滚刀刀具的固定基座尺寸较大，为保护边缘滚刀刀具的固定基座不被磨损以及保证开挖直径，边缘滚刀不得不进行倾斜布置，通常情况，边缘滚刀的倾角范围一般为0°～75°[4-6]。边缘滚刀位置特殊，位于刀盘过渡弧面上，受力情况十分复杂

铁道科学与工程学报 2022年6期2022-07-12

盾构机双滚刀在复合地层中破岩机理

的学者对复合地层滚刀破岩方面进行研究，取得了较多的成果。刘学伟等[1]编制MATLAB数值流形程序，仿真了复合地质条件下的破岩，发现在相同的贯入度下，硬岩中的推力要远远高于软岩的，且软岩的破碎率高于硬岩的。龚秋明等[2]在室内破岩实验中，对复合地层线性切割，发现滚刀比能随着侵入深度的增加先变大后减小。薛亚东等[3]建立了基于离散元的大型3D滚刀破岩模型，发现滚刀力是一种复杂无规律的冲击荷载，滚刀法向力是滚动力的数倍；对每种岩石都存在最优刀间距贯入度的比值，

科学技术与工程 2022年13期2022-06-14

砂卵石地层对盾构滚刀耐磨性影响试验研究

度高硬度大给盾构滚刀造成较大磨损，严重影响滚刀破岩效率。为了探究卵石对滚刀的磨损影响，预测滚刀的磨损程度为现场提供关键换刀数据，众多学者及专家开展了卵石对滚刀的磨损影响研究[1-15]。研究学者提出了影响滚刀磨损的多种因素，但是也呈现出了研究的局限性，未能深入分析滚刀材质与岩石性能关系，本文利用缩尺滚刀与足尺滚刀实验，从滚刀材质方面对滚刀强度与刃型开展研究，并通过缩尺滚刀和足尺滚刀的破岩实验，深入开展了滚刀磨损及耐磨研究。1 工程概况四川都四隧道的都江堰站

建筑机械化 2022年1期2022-01-29

基于刚体动力学-离散元耦合数值方法的复合地层盾构滚刀响应

，刀盘多同时采用滚刀和刮刀[3]。在复合地层中，采用滚刀刀具的盾构机将面临偏磨的挑战[4]，偏磨的产生与隧道地质情况、滚刀响应机理有关[5-11]。目前室内实验能较好得分析滚刀对岩土体的破坏作用。邹飞等[12]基于实验分析了滚刀作用下岩体位移与应变场。张桂菊等[13]采用数值分析和实验相结合的形式对滚刀切削力学进行了分析。由于滚刀运动状态在实际掘进过程中的不可见性，研究者多采用数值模拟的手段进行研究。van Wyk等[14]以Paarl花岗岩为宏观对象，通

科学技术与工程 2021年32期2021-11-23

TBM 破岩过程的滚刀受力计算模型研究

掘进过程中的刀盘滚刀与掌子面的硬岩直接接触，此时滚刀的受力分析显得尤为重要。截至目前，国内外对TBM 滚刀破岩理论模型的研究已有一定的基础，李克金等[2]基于空腔膨胀理论，分析滚刀贯入过程中岩石力学响应过程和分区，建立滚刀破岩过程空腔膨胀模型；李彬嘉等[3]根据科罗拉多矿业学院(CSM)模型得到滚刀受力理论计算公式，揭示了盾构机在地层中掘进时滚刀的受力机理及磨损规律；武薇等[4]根据盘形滚刀和切刀在上软下硬地层中受到周期性冲击载荷作用的事实，通过分析刀具受

工程力学 2021年10期2021-11-12

滚刀载荷监测及刀盘载荷分布规律实验研究

重要作用[1]；滚刀作为TBM破岩的核心工具，其破岩性能及破岩效果直接决定了TBM的施工效率。然而，TBM在硬岩地层掘进，滚刀破岩载荷获取困难、刀盘上多把滚刀的载荷分布规律未掌握，往往导致滚刀过载失效、TBM掘进效率低。对于滚刀信息监测，殷谦等[2]、马强等[3]提出了常压换刀盾构的滚刀监测系统，用于监测滚刀转速、温度以及磨损量等信息，未能获取滚刀载荷信息；龚秋明等[4]、丁世鹏[5]通过监测滚刀破岩实验过程中的声发射特征，发现滚刀载荷与监测到的声发射能率

科学技术与工程 2021年26期2021-10-08

复合盾构盘形滚刀在石英岩地层掘进中的应用研究*

“项目”)来介绍滚刀在石英岩中的磨损情况[1]。1 工程概况区间单线长1 425m，地层以不同程度风化石英岩为主，盾构掘进范围内无地下水；区间微风化的石英岩占7%(单轴抗压强度在90MPa以上，最大可达125MPa)，中风化的石英岩占56%(单轴抗压强度在50～90MPa)，强风化石英岩占37%(单轴抗压强度在15～50MPa)。岩石的石英含量在85%～95%，岩石完整性指数RQD最高可达97%。采用复合盾构施工[2]，隧道覆土厚10～18m，隧道内径5

施工技术(中英文) 2021年11期2021-08-06

硬土地层施工中的盾构刀具损坏机理及防治措施

置的刀具类型包括滚刀、焊接式先行刀、切刀、边缘刮刀、超挖滚刀、保护刀、外周耐磨块等，各种刀具在盾构过程中所具有的作用存在着较大的差异。（1）滚刀在盾构机中主要承担开挖面硬岩土层的挖掘施工，也是盾构机中最先与开挖面接触的刀具，其在安装时通常比盾构机的刀盘高度高出175mm；（2）焊接式先行刀在盾构机中起保护切刀的作用，其安装高度相较于切刀高出20mm，相较于滚刀高出15mm；（3）切刀和边缘刮刀主要发挥切削和装载的功能，开挖面土层经滚刀破碎后，产生的渣土经切

工程技术研究 2021年11期2021-07-31

滚刀状态实时诊断技术在超大直径泥水盾构中的应用——以汕头苏埃通道为例

易导致泥饼粘结、滚刀堵转，进而造成滚刀磨损加速以及偏磨。基于以上原因，需要对全盘滚刀进行不间断监测，为判断刀具状态与更换刀具提供依据。国外对于掘进机的刀具实时监测研究较早，代表性的有海瑞克公司研制的DCRM滚刀旋转监测系统,可实现滚刀旋转和温度状态监测，已在土耳其伊斯坦布尔海峡公路隧道、佛莞城际狮子洋隧道等多个项目应用，并取得了一定的效果。美国罗宾斯公司研制的RDCM刀具监测系统，能实现掘进过程中滚刀旋转、温度、振动实时监测，已在加拿大尼亚加拉隧道等项目中

隧道建设(中英文) 2021年5期2021-07-26

正滚刀多目标优化布局与刀盘结构优化研究

过程中刀盘和盘形滚刀是掘进机最先与岩石接触的部位，最容易发生损坏，情况严重甚至出现刀盘脱落等故障，导致换刀次数增加，影响隧道掘进施工效率［1-2］.因此对滚刀进行合理布局，并结合疲劳分析对刀盘进行结构优化显得尤为重要.目前国内外针对滚刀优化布局和刀盘结构优化研究取得了许多有价值研究成果.天津大学刘建琴等［3-4］以秦岭隧道TB880E刀盘为例，提出基于等磨损速率的正滚刀极径设计方法，研究表明，8条螺旋线型刀盘滚刀的布置性能综合最优.Sun等［5］以刀盘实际

河南科学 2021年6期2021-07-07

基于ABAQUS的单双滚刀破岩分析

剥离。其中，盘形滚刀是刀盘所载刀具系统中最主要的刀具。研究滚刀在破岩过程中的受力磨损机理、滚刀布置是否合理等对于提高破岩效率、优化滚刀及刀盘设计具有重要意义［2］。众多学者对滚刀破岩过程进行了研究。张照煌［3］用压痕试验模拟掘进机破岩，认为剪切破坏是盘形滚刀破裂岩石的主要形式。胡怡等［4］通过对刀圈表面进行扫描电镜分析及金相分析，提出微观变形疲劳磨损是滚刀磨损的主要形式。物理试验法成本较高，因此具备成本低、数据收集简洁、可模拟多种环境等优点的数值模拟方法被

铁道建筑 2021年6期2021-07-06

刮渣斗与紧邻滚刀夹角对滚刀磨损影响研究

旭等[2]研究了滚刀磨料磨损和在不同岩石强度下的磨损形式。陈巍等[3]认为刮渣斗面积和刀盘排渣效率密切相关，并从排渣效率方面给出了刀盘合理刮渣斗面积。霍军周等[4]提出在开口面积一定的情况下，刮渣斗应布置为长短交替等对称布置形式，以提高出渣稳定性和出渣效率。耿麒等[5]采用离散元方法模拟级配岩渣的落渣、产渣和出渣过程，并为刮渣斗的结构形式和尺寸提供了建议。陈巍[6]通过研究刀盘开口面积、出渣槽结构和溜渣结构，提出折线形溜渣结构，优化出渣槽长度，保证出渣槽宽

隧道建设(中英文) 2021年3期2021-04-14

基于光滑粒子流方法的全断面岩石掘进机盘形滚刀侧向力研究

施工的首选。盘形滚刀是TBM的主要破岩工具，刀盘在推力和扭矩作用下使滚刀实现滚压破岩运动，这种运动是一种复杂的空间运动。在破岩过程中，盘形滚刀除了受到正压力和滚动力的作用，还会受到侧向力作用，甚至会出现侧向力大于滚动力的情况。盘形滚刀受力分析是确定TBM刀盘推力和扭矩的基础，但是由于没有一个普遍接受的模型，刀盘设计中很少考虑滚刀侧向受力因素。另外一些研究表明，侧向力有时同滚刀磨损、轴承损坏以及刀盘受力不均等问题关系密切，因此，侧向力研究对于延长滚刀寿命、优

中国工程机械学报 2021年1期2021-03-17

单刃滚刀与双刃滚刀刀盘掘进对比分析

下合理的刀间距、滚刀刀圈的刃型、材质是主要考虑的问题。但在城市地铁施工中，存在较多的混合地层，比如在粉质粘土与强风化、中风化的泥灰岩、石灰岩、角砾岩等混合地质盾构区间掘进，岩石的单轴抗压强度不高，破岩不是主要矛盾，采用单刃滚刀的刀盘方案还是双刃滚刀的刀盘方案掘进施工一直是业内讨论的问题。1 单刃滚刀与双刃滚刀结构特点盘形滚刀技术是盾构/TBM 的核心技术之一，要求滚刀承载能力强、质量稳定性好；刀圈具备很好的冲击韧性，同时耐磨性和红硬性好。目前常用直径17 

建筑机械化 2021年1期2021-02-23

TBM掘进模态综合实验平台升级改造研究

学研制了全尺寸单滚刀线性切割试验机(linear cutting machine)和全尺寸单滚刀旋转切割试验机(rotary cutting machine)；韩国施工技术研究所、土耳其伊斯坦布尔理工大学等机构也研制了全尺寸单滚刀线性切割试验机。旋转切割试验机比线性切割试验机多了回转装置，少了推进岩样水平运动油缸，更符合滚刀真实运动情况。针对多滚刀同时破岩，美国科罗拉多矿业大学研制了缩尺和全尺寸的掘进机试验机，仅能获取多把滚刀的整体受力，无法获取单把滚刀载

隧道建设(中英文) 2020年11期2020-12-14

TBM盘形滚刀切削力学模型分析

的刀具之一的盘形滚刀，直接参与掘进破岩的工作[1-2]。对盘形滚刀与岩石的作用机理进行研究，分析刀具的载荷规律，建立刀具破岩的力学模型，有利于研究分析刀盘推力、刀盘扭矩以及掘进机的掘进性能，对于提高破岩掘进效率意义重大[3-7]。对于硬岩掘进机的盘形滚刀破岩机理，国内外学者进行了大量的研究[8]。EVANS等[9]对盘形滚刀破岩过程进行了研究，认为岩石属于挤压破坏，在破岩过程中，滚刀的垂直推力与其滚压的岩石范围投影于岩石的面积呈正比。AKIYAMA[10]

中南大学学报（自然科学版） 2020年10期2020-11-13

盾构机在长距离高磨蚀性岩层中刀具磨损的数据分析

 110051）滚刀是盾构机破岩掘进的常规配置刀具，盾构机在高强度高磨耗的地层中长距离掘进中，滚刀磨损失效较为频发，频繁的停机换刀对工程进度和设备、人员安全影响都很大。本文通过某项目高磨耗地层中滚刀的磨损失效形式进行数据统计分析，旨在总结出一般规律，为相应同类施工提供参考。1 盾构机滚刀磨损失效的几种情形盾构机滚刀的失效损坏情况主要有以下几种：表1 非正常磨损统计图2 非正常失效类型占比（1）正常线性磨损。这种磨损形式表现为滚刀刀圈各处磨损量基本相同，刀具

中国设备工程 2020年15期2020-07-29

基于MATLAB/Simulink的TBM边滚刀动力学模型及振动分析

1)0 引言盘形滚刀作为TBM掘进机的开挖部件，其破岩特性的好坏直接影响到施工质量和效率。滚刀根据其安装位置可分为中心滚刀、正面滚刀和边滚刀。边滚刀由于安装倾角较大，与刀盘上其他滚刀相比承受着较大的侧向力，磨损失效更严重。秦岭隧道施工平均每开挖248 m，边滚刀就需要更换刀圈，其平均寿命只有正面滚刀的1/5[1-2]。陈馈[3]统计了重庆过江隧道盾构刀具磨损情况,发现边滚刀的报废量大于中心滚刀。Hassanpour等[4-5]统计了伊朗Karaj输水隧道工

隧道建设(中英文) 2020年6期2020-07-03

不同刃型组合的TBM滚刀破岩数值模拟研究

程。TBM的盘型滚刀主要包括常截面(CCS，Constant Cross Section)和V型截面2种。这2种滚刀的破岩效果和耐磨程度有所差别：V型滚刀的破岩效率非常高，这是因为其刃端与岩石的接触区域很小，从而可以产生很大的压缩应力，然而由于V型滚刀刃端金属材料少，随着刀刃的快速磨损和刃宽增大，其破岩效率急剧下降；与之相比，CCS型滚刀由于刃宽不随磨损发生明显变化，其破岩效率一直保持在较高水平且较为稳定。因此，最初广泛应用于TBM的V型滚刀已逐步被CCS

筑路机械与施工机械化 2020年12期2020-04-20

双护盾TBM滚刀磨损及换刀判定案例分析

BM的实践证明，滚刀磨损检查更换的时间占据了总施工推进时间的10%～28%，严重影响了双护盾TBM的掘进进度。现场1月内各工序消耗时间统计如图1所示。更换刀具和维修刀具的费用占据设备维修费用的40%左右，造成了施工成本的快速上升。为了更好地完善双护盾TBM在城市地铁中的应用，滚刀磨损的研究已经迫在眉睫。图1 现场各工序消耗时间占比为了减少滚刀更换时间，提高双护盾TBM的掘进效率，许多学者对滚刀磨损预测进行了分析。如张厚美等[1]研究了利用盾构掘进参数判断滚

隧道建设(中英文) 2019年12期2020-01-01

基于现场试验的TBM滚刀磨损分析及预测

路、水利隧道等。滚刀作为TBM破岩的核心工具，对工程的施工速度、施工成本、TBM使用寿命均有举足轻重的作用。但由于滚刀破岩易损坏，且滚刀检修、更换时间长(占隧道施工周期的10%以上)，对整个施工作业过程产生极大的影响。明确滚刀破岩中的损耗情况，探索滚刀磨损的原理及规律，同时，结合理论预测模型分析滚刀损耗情况，对降低滚刀消耗量、提升作业效率具有重要的作用[1-2]。因此，开展针对滚刀磨损机制及生命周期的相关性研究很有必要。TBM滚刀磨损主要是滚刀破岩过程中刀

隧道建设(中英文) 2019年11期2019-12-13

富水卵漂石地层盾构滚刀磨损规律及寿命预测分析

4]在构建TBM滚刀消耗预测模型中考虑了地质适应性和滚刀直径，研究发现刀具消耗与岩体完整性密切相关； 滚刀直径越大，刀具消耗越小。文献[5-8]研究了刀圈特性、地层岩性和围岩压力等因素对TBM滚刀磨耗性能及破岩效果的影响。文献[9-12]在成都富水砂卵石地层盾构选型及施工中所存在问题的基础上，对刀盘、刀具适用性进行了研究。此外，文献[13-14]基于盾构掘进参数对滚刀磨损情况进行了相关性研究，为预测盾构最长推进距离提供了理论参考。参考国内研究成果可以发现，

隧道建设(中英文) 2019年10期2019-11-07

海底隧道基岩突起段地层典型滚刀破岩实验研究

地层掘进时，盘形滚刀类型及掘进参数的选取至关重要，将直接影响着盾构的掘进效率及设备安全。国内诸多研究人员在滚刀破岩方面开展了大量的研究工作： 文献[1]采用基于43.18 cm(17英寸)盘形滚刀制作缩尺滚刀，研究不同载荷下盘形滚刀破岩的破碎效果及破碎效率；文献[2]研究了30.48 cm(12英寸)4排镶齿滚刀在不同贯入度下的破岩规律；文献[3]利用线性切割试验，研究碴片形状与TBM破岩效率之间的关系，利用刀间距与贯入度的比值来评估刀具破岩效率；文献[4

隧道建设(中英文) 2019年10期2019-11-07

TBM滚刀贯入度及受力影响研究

关键，刀具尺寸、滚刀间距、滚刀转速及贯入度等不合理会造成刀具贯入岩石困难，施工速度缓慢，且刀具磨损严重，更换频繁；刀盘布置不合理会造成刀盘受力不平衡，进而造成刀盘不同区域的刀具偏磨[1-2]。刀具和刀盘的研究是TBM破岩的关键问题。张志强等[3]基于滚刀受力与贯入度关系曲线多峰值跃进特征，得出不同岩性条件下合理的贯入度及与其匹配的最优方案。程永亮[4]运用有限元和回转式切削实验得到在特定地层下的最优贯入度。龚秋明等[5]对北山花岗岩进行线性切割试验，结果表

四川建筑 2019年3期2019-07-19

正、偏楔形盘形滚刀破岩作业载荷对比研究

1 研究背景盘形滚刀作为TBM（Tunnel Boring Machine）的关键部件，其破岩性能直接关系到TBM的掘进效率和施工成本。TBM盘形滚刀严格意义上讲已经走过了两代发展历程——1950年代至1980年代的楔形刃盘形滚刀（第一代）和1980年代至今的CCS（Constant Cross Section的英文缩写）型盘形滚刀（第二代）。第一代盘形滚刀设计理论建立的基础是盘形滚刀的压痕试验，其成果也就是盘形滚刀的一维设计理论，如伊万斯（Evans）［

中国水利水电科学研究院学报 2019年1期2019-03-28

风化砂岩中盾构刀具磨损状况分析及处理方法探讨

共配备19把双刃滚刀、68把齿刀等。刀盘的外径设计为6 400 mm，比盾体外径6 390 mm略大。盾体呈前大后小锥形，便于盾构在推进时减少盾壳与围岩的摩擦；刀盘转速为0～2.5 r/min，由液压系统无级调速。此区间隧道主要穿越中风化泥质砂岩层地质，盾构首先通过滚刀进行破岩，滚刀选用传统双刃盘形滚刀。滚刀的超前量大于切刀的超前量[3]（滚刀比刮刀高35 mm，滚刀刃间距为100 mm），在滚刀磨损后仍能避免切刀进行破岩，确保切刀的使用寿命。2.3 换刀

铁路技术创新 2019年6期2019-02-24

基于数值分析的TBM动态载荷拟合*

仿真模型，并通过滚刀切割砂岩、盘形滚刀侵入混凝土试样和切割花岗岩的数值仿真得到了TBM相应的动态载荷；李玉钰[4]基于ADAMS仿真环境，建立了刀盘掘进过程仿真模型，并对刀盘动态掘进载荷分布情况进行了研究；夏毅敏等[5]建立了盘形滚刀破岩过程的仿真模型，并进行了相关的滚刀破岩试验，通过对理论结果、实验结果与仿真结果进行对比得到了三向动态载荷；A E Samuel等[6]对TBM现场测量了刀盘载荷，获取了滚刀载荷变化规律。现场测试环境恶劣，除了浪费大量人力物

组合机床与自动化加工技术 2018年12期2019-01-03

基于CSM模型硬岩滚筒载荷理论研究

隧道的施工。盘形滚刀与岩石相互作用是TBM的设计和应用方面的关键理论。自1956年发明盘形滚刀以来，国内外许多人对这一理论作了大量的研究工作，其中克罗拉多矿学院(CSM)J.Rostami等人对广泛应用的盘形滚刀破岩进行了研究[1-2]，给出了CSM改进模型，在工程上得到了较多的应用。根据需要改变尺寸，滚筒刀盘可以方便地开挖平底的矩形断面。与传统的圆形断面隧道相比，矩形隧道有效利用面积高[3]，公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、人行地道、地下共同沟的断面形式以

采矿与岩层控制工程学报 2018年5期2018-11-08

凸角型滚刀的加工过程模拟研究

 230009）滚刀是加工回转型齿轮零件的一种高效率刀具，广泛地应用于齿轮生产中[1，2]。根据齿轮齿根加工情况，滚刀可以分为无凸角型滚刀和凸角型滚刀两种。由于齿轮普遍采用“滚剃”和“滚磨”加工工艺，因此，凸角型滚刀被应用的更为广泛。众所周知，由于滚刀相对于普通的车刀、铣刀等刀具具有更为复杂的结构和齿形，其加工采用展成法，即依据齿条和齿轮的运动关系不断由齿条包络出齿轮的齿形，因此，难以凭借经验或者简单的分析来直接判断代用滚刀加工结果的正确性，从而制约了库存

装备制造技术 2018年3期2018-05-21

硬岩TBM盘形滚刀破岩力的一种计算分析方法

刀盘不仅起到带动滚刀挤压破岩的作用，还可以通过旋转刀盘上的铲斗齿拾起石渣，将其运到洞外。目前已经有很多的学者对硬岩掘进机的破岩机理进行理论探索和实验研究，这些工作在滚刀破岩原理、刀间距的合理布置、滚刀刀具的参数、刀盘直径的影响等方面提出了非常多有意义的计算理论与观点。本文在前人工作的基础之上归纳总结，并以工程实践中实际使用的刀盘为对象提出了一种滚刀受载分析方式，为以后硬岩掘进机的相关设计和研究提供参考。1 刀盘工况描述TBM刀盘上安装着盘形滚刀，盘形滚刀与

机电工程技术 2018年4期2018-05-05

TBM滚刀布置方案对比分析与评价

出渣排渣等作用。滚刀在刀盘上的安装布置设计是刀盘结构设计的重要内容，直接决定了滚刀的破岩效果和刀盘的力学性能，同时对刀盘后端主轴承的寿命、推进和驱动系统的选型设计也具有重要影响。针对滚刀的布置设计，国内外已有研究主要集中在滚刀布置模式的优化方面。文献[2-5]利用遗传算法、蚁群算法和协同进化算法等数学方法对多随机式、米字型和随机式滚刀布置模式进行了优化，研究表明滚刀布置不仅影响刀盘的受力平衡，而且影响刀盘的强度和刚度，同时认为随机式滚刀布置模式可以设计出最

隧道建设(中英文) 2018年3期2018-04-19

基于复合磨蚀试验台的滚刀磨损试验研究

领域[1]。盘形滚刀是TBM滚压破碎岩石的关键部件，工作环境复杂、恶劣，使得按照统一性能标准生产的滚刀普遍存在刀圈地质适应性差、磨损严重等问题[2]。滚刀常见磨损形式包括刀圈正常磨损和非正常磨损，其中： 刀圈正常磨损是滚刀磨损主要形式，占比80%～90%； 非正常磨损包括刀圈偏磨、卷刃、断裂、崩刃、轴承失效等[3]。由统计数据表明： 刀具的消耗费用和维护更换时间分别占项目成本和工期的30%～40%，在高磨蚀及软硬不均地层中这2项指标还会上升[4-5]。为降

隧道建设(中英文) 2018年1期2018-02-27

齿轮高速干切滚刀寿命预估模型与优化方法

44齿轮高速干切滚刀寿命预估模型与优化方法张 应 曹华军 朱利斌 李本杰重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆,400044由于齿轮高速干式滚切工艺切削速度高且缺少切削油的冷却润滑，为满足高速干切滚刀的抗磨损、耐高温等性能要求，高速干切滚刀基体材料和涂层的制备工艺均较为复杂，且价格昂贵，因而需要优化高速干切工艺以延长高速干切滚刀使用寿命，进而降低工件制造成本，提高效益。结合生产实践和理论分析，研究了齿轮高速干切滚刀的失效形式和失效原理，提出了以单个刀齿切削长

中国机械工程 2017年21期2017-11-15

整体滚刀修磨工艺的研究

00220）整体滚刀修磨工艺的研究段仕存，乔新亮（西门子机械传动天津有限公司，天津300220）滚齿刀是含齿零件加工中的核心刀具，可重复修磨使用，但单次修磨后的滚刀寿命降低是普遍现象，有效保持修磨后滚刀寿命是一个难点。就如何高精度修磨滚刀，并有效的保持修磨后滚刀寿命的加工工艺进行了分析和研究。滚刀；重磨精度；滚刀寿命；修磨效率齿轮工件是各种机械转动系统中重要的组成部件。齿轮齿部成型工序中，通常采用相对高效的滚齿加工，选用的刀具称为滚齿刀，以下简称滚刀。滚刀

装备制造技术 2017年5期2017-06-26

TBM盘形滚刀磨损与滚刀滑动距离关系研究

0)﻿TBM盘形滚刀磨损与滚刀滑动距离关系研究张厚美(广州市盾建地下工程有限公司， 广东 广州 510030)盘形滚刀磨损是制约TBM掘进效率和施工成本的重要因素。为研究滚刀滑动对滚刀磨损的影响，提出了“一次侵入位移”的概念，应用质点的运动合成原理推导出了考虑滚刀刀刃宽度影响的一次侵入位移及滚刀滑动距离的计算公式，研究一次侵入位移的影响因素以及滚刀磨损与滑动距离的关系，基于上述研究分析秦岭隧道TB880E型TBM滚刀滑动磨损系数分布规律。研究表明： 1)滚

隧道建设(中英文) 2017年3期2017-04-07

非对称双圆弧齿轮加工刀具设计

式，对双圆弧齿轮滚刀基本蜗杆齿面方程、滚刀前刀面齿形设计进行了实例计算.对滚刀的结构进行了详细的设计，给出了加工滚刀的技术要求，并试制出了滚刀样品，加工出齿轮，且用在大排量齿轮泵上验证压力增高，流量平稳噪音小，性能优越.非对称双圆弧齿轮；双圆弧齿轮；滚刀设计0 引言非对称双圆弧齿轮泵由于流量恒定从而压力平稳目前引起广泛关注，我们所设计的非对称双圆弧齿轮是指一个非对称具有工作侧为双圆弧齿形，非工作侧为渐开线齿形特征的非标准齿轮，工作侧压力角为23°，非工作侧

大连交通大学学报 2016年6期2016-12-20

全断面岩石隧道掘进机滚刀磨损影响因素分析

面岩石隧道掘进机滚刀磨损影响因素分析杨延栋， 陈 馈， 郭 璐， 李 星(盾构及掘进技术国家重点实验室， 河南 郑州 450001)为了有效控制和降低全断面岩石隧道掘进机施工时滚刀的磨损，较准确地预测滚刀的磨损量，通过室内实验和现场实验从地质影响因素和机械影响因素2个方面对滚刀磨损问题进行了分析。通过水泥试样实验，得出等效石英含量EQC和单轴抗压强度UCS单独对岩石磨蚀性的影响规律；通过现场岩样实验，得出两者共同对岩石磨蚀性的影响规律。通过对比进口与国产T

隧道建设(中英文) 2016年11期2016-12-13

基于ANSYS盘形滚刀破岩参数的分析

于ANSYS盘形滚刀破岩参数的分析胡 艳（安徽工贸职业技术学院，安徽淮南 232001）利用ANSYSWORKBENCH对单把盘形滚刀破碎岩石的过程进行分析仿真。对盘形滚刀的破岩机理进行分析，由于岩石为脆性材料，几乎不存在弹性变形，当逐渐增加滚刀的破切力，引起岩石的损伤积累，当岩石完全损伤时突然发生破碎。得到此时加载在单把滚刀上的垂直力，这对多把滚刀的布置，计算掘进机对刀盘所需提供的推力有一定的指导意义。盘形滚刀；破岩；有限元；数值仿真岩石掘进设备在掘进破

湖南城市学院学报（自然科学版） 2016年6期2016-12-10

基于工艺流程的齿轮滚刀生产过程质量控制

于工艺流程的齿轮滚刀生产过程质量控制李鹭，马丽心，宫运启（哈尔滨商业大学轻工学院，哈尔滨150028）以磨前齿轮滚刀为例，通过对其工艺流程的分析，根据各加工工序的难易程度或产生不合格率的频率可得出滚刀生产过程中的关键工序，针对关键工序中机床的精度、采用的加工方法、切削用量的使用、材料的应用等方面，并综合运用工艺流程图、计数统计、因果图、AtuoCAD等工具，从中找出影响齿轮滚刀质量的关键因素，针对问题采取相应的措施，来达到对齿轮滚刀质量的控制，以此提高齿轮

哈尔滨商业大学学报（自然科学版） 2016年2期2016-09-02

平面磨床上实现齿轮滚刀的刃磨

面磨床上实现齿轮滚刀的刃磨□纪晓冬
南京宁嘉机电有限公司南京211153针对齿轮滚刀刃磨床价格高、利用率不高的情况，研究通过设计合理的工装，实现在平面磨床上进行齿轮滚刀的刃磨。既能满足滚刀刃磨的需要，又能节省设备投资，降低生产成本。齿轮滚刀是一种按展成法加工齿轮的刀具，它可以用来加工直齿轮、斜齿轮和变位齿轮。齿轮滚刀加工齿轮的过程犹如一对相错轴渐开线圆柱齿轮的啮合过程。滚刀的几何精度直接影响所加工齿轮的精度，刀刃用钝以后的滚刀必须刃磨后才能继续使用，刃磨精

装备机械 2015年3期2015-09-15

TBM正滚刀回转切削仿真分析

体是通过刀盘上的滚刀实现，其中正滚刀是刀盘最主要的开挖刀具，其位置布置是否合理，会直接影响掘进效率。谭青等[2]采用颗粒离散元法从细观角度对滚刀最优刀间距问题进行分析，并将试验数据与现场施工数据相结合。霍军周等[3]基于RFPA2D仿真平台模拟了多滚刀顺次作用下岩石破碎，建立了顺次角度与岩石破碎能量之间的映射关系。暨智勇[4]在ANSYS/LS-DYNA软件中进行仿真模拟，分析了刀具不同结构参数与工作参数的组合对刀具载荷的影响规律。薛静[5]动态模拟了刀具

制造业自动化 2015年22期2015-09-13

滑动支撑的新型滚刀设计及其动态性能

16024)盘形滚刀作为全断面岩石隧道掘进机(tunnel boring machine，TBM)破碎岩石的主要切削工具，广泛用于水利、水电铁路、交通、油气管道以及国防等工程建设。TBM刀具直接与岩石接触并在强挤压、强冲击、高磨损的恶劣环境下工作，从而导致岩石掘进机刀具成为掘进过程中最易损坏和失效的零部件，也是制约掘进效率的关键因素，同时刀具损坏产生的费用占整个掘进成本的30%左右［1］，而且国内90%以上的TBM刀具都是从国外进口的［2］。近年来，国内外

哈尔滨工程大学学报 2015年11期2015-03-23

基于相似理论TBM 滚刀磨损试验装置的研制

来越广泛的应用，滚刀作为其破岩的主要工具，存在磨损严重、消耗量大和造价高等问题。大量工程案例表明，TBM 施工过程中刀具损耗所占据的费用达到总施工费用的1/4 到1/5 左右，遇到极端工况时，刀具损耗所占据的费用甚至达到总施工费用的1/3，刀具检查、更换和维护所消耗时间约占总施工时间的1/3［1-3］。因此，开展TBM 滚刀磨损影响规律和磨损寿命预测研究尤其重要。目前，滚刀磨损研究主要集中在刀具摩擦磨损机理、岩石磨耗性检测以及刀具磨损寿命预测等方面。工程中

技术与市场 2014年11期2014-12-26

硬岩T B M滚刀安装方式设计分析

主要是靠刀盘上的滚刀在撑子面上滚动以破碎岩石，在施工过程中滚刀的磨损消耗量很大，需经常更换滚刀，因此滚刀在刀盘上的定位安装应满足固定可靠、背装式安装以及能够快速更换的要求。本文对目前国际上著名TBM厂商使用的常用的滚刀定位方式从加工制造、装配及刀具更换等方面进行分析对比，设计出一种新型的滚刀安装方式，以满足在TBM施工中能够快速、方便地更换滚刀的要求，提高了TBM整机施工效率。1 常用滚刀刀座形式及工作原理常用的几种刀座结构形式有：1）海瑞克硬岩TBM刀座

机械工程师 2014年1期2014-10-12

不同模式下TBM刀群三维回转切削仿真与优化设计

建立了17寸盘形滚刀刀群切削岩石的数值仿真模型，使用有限元仿真分析软件ANSYS LS-DYNA对不同工作模式下的盘形滚刀回转切削岩石工作过程进行仿真。仿真结果表明，通过对盘形滚刀刀间距进行优化设计，分析不同刀间距下滚刀的力学参数，得到在该地质条件下，中心滚刀最优刀间距为75 mm、正滚刀最优刀间距为80 mm；通过对边滚刀安装角度进行优化，分析不同安装角度下滚刀的力学参数，得到边滚刀最优安装角度为6.5°；通过对滚刀切削岩石的顺次切削角度进行优化，分析不

哈尔滨工程大学学报 2014年11期2014-06-15

大模数可转位齿轮滚刀的切削应用

种加工方法。普通滚刀在滚削过程中承受冲击载荷和磨损。滚刀磨钝后均需重新修磨前刀刃面，如果刀齿损坏，则将导致整件滚刀报废。采用普通滚刀加工齿轮时，切削速度根据齿轮模数和齿数，一般取15～30m/min。可转位硬质合金齿轮滚刀是一种新型高速重载切削刀具。刀片一般是由高硬度、难熔的金属碳化物 (WC、TiC等)微米级粉末，采用Co、Mo及Ni等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品，具有高的耐磨性、耐热性及抗氧化能力，切削速度可达100～200m/min，寿命是高速钢的

金属加工(冷加工) 2014年8期2014-04-09

硬齿面齿轮加工技术展望

司现采用硬质合金滚刀干切的方式进行加工，如图1、图2所示。该零件在制造过程中主要有以下难点：（1）硬质合金滚刀每次磨钝后需重新刃磨，因硬质合金韧性差，必须采用大负前角切削以减少刀片的崩刃，但大负前角硬质合金滚刀在刃磨时需要严格地控制前角的变化以保证滚刀的齿形精度，对重磨的设备、技术人员提出了很高的要求。我公司在重磨约1/3时就出现齿形偏出设计要求的现象，严重制约齿轮加工质量。（2）因硬质合金韧性较差，在使用过程中不可避免的存在崩刃现象，当崩刃出现后，在重磨

金属加工(冷加工) 2013年4期2013-10-11

多滚刀顺次作用下岩石破碎模拟及刀间距分析

工程机械，其中多滚刀作用下的刀间距设计是掘进机设计的核心技术之一，合理的刀间距设计对提高刀盘掘进性能、刀具寿命和刀盘大轴承寿命，减轻掘进机震动，降低噪音等具有举足轻重的作用.TBM刀盘上的滚刀在推力和扭矩作用下，不断旋转贯入岩石，在刀尖下和刀具侧面形成高应力压碎区和放射状裂纹，并使产生裂纹扩展，当其中一条或多条裂纹扩展到邻近滚刀造成的裂纹时，形成岩石碎片［1］.针对复杂多变的岩石边界条件，设计最优的刀间距以实现最优的掘进性能，一直是许多学者研究的目标.国内

哈尔滨工程大学学报 2012年1期2012-10-26

滚齿加工中滚刀的合理使用

切削齿坯的刀具为滚刀。在滚齿加工中，滚刀的制造精度、安装误差、重磨误差是造成被加工齿轮齿形误差和基节偏差的主要原因，齿形误差会引起每对齿轮啮合过程中传动比的瞬时变化，基节偏差会引起一对齿过渡到另一对齿啮合时传动比的突变。齿轮传动由于传动比瞬时变化和突变而产生噪声和振动，从而影响齿轮工作平稳性精度。现结合我公司多年的滚齿加工经验，浅谈滚齿加工中滚刀的合理使用。1 选择合适的滚刀我们在购买滚刀时，应尽量选用专业滚刀生产厂家提供的滚刀，确保滚刀的制造精度达到要求

中国新技术新产品 2010年2期2010-07-27

利用万能工具磨刃磨滚刀

差的各种因素中,滚刀的刃磨误差尤为重要。关键词:齿轮传动;滚刀由于滚刀的齿背是经过铲磨的螺旋面,因此当滚刀用钝后只需刃磨滚刀前刃面。滚刀有直槽滚刀和螺旋槽滚刀两大类,一般都设计成0°前角,所以直槽滚刀的前刃面是一个通过滚刀轴线的径向平面,而螺旋槽滚刀的前刃面是一个阿基米德螺旋面,其在滚刀端剖面内的截形是一条通过中心的径向直线。经过刃磨后的滚刀前刃面还应保持这样的位置形状,因此滚刀刃磨后为保持滚刀原有的精度,需要保证以下三条原则:滚刀各排刀齿的前刃面必须在圆

中国新技术新产品 2009年15期2009-08-19