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盾构机刀盘选型及设计理论研究

宋云  
【摘要】: 盾构机是一种专门用于开挖地下隧道的大型成套施工设备,在城市隧道的开挖中得到越来越广泛的应用。刀盘作为盾构机上最重要的部件,国内对它的设计研究尚处起步阶段。本论文对盾构机刀盘选型以及设计进行了研究,具体内容如下: 研究了影响盾构机刀盘选型的因素,包括:刀盘型式、刀盘开口率、驱动形式、支承形式、最大转速和扭矩、刀盘开挖直径以及刀盘上刀具的配置。并且通过几个实例,分析得出了对盾构机刀盘选型有参考价值的结论。 详细地阐述了刀盘的设计参数和刀具的力学计算公式,并且总结了国内外几种计算盘形滚刀载荷的方法。介绍了盘形滚刀的工作原理,并通过数值模拟方法研究了滚刀的破岩机理;研究了切削刀的切削形式、运动特性和计算模型。 分析了盾构机刀盘与工作面相互作用的关系,总结出盾构与工作面相互作用系统由机械系统、围岩系统、掘进操作特性和参数匹配性四个部分组成。利用蒙特卡罗有限元法对盾构机刀盘与工作面的关系进行了分析,得到了一些有用的结论与研究方法。 本文最后以成都地铁一号线为例,对其地质条件,进行盾构机刀盘选型及其设计,并且对刀盘三种基本工况作了有限元分析,验证了刀盘选型和设计理论的适用性。


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