浅谈全断面掘进机国产化发展

浅谈全断面掘进机国产化发展

一、谈全断面岩石掘进机的本土化研制(论文文献综述)

高延伟,翁子才,张照煌[1](2020)在《盾构技术在隧洞施工中的应用分析》文中提出盾构设备的研制和应用技术基本可反映国家生产力水平。本文总结了盾构及盾构施工关键技术和再利用的发展和现状。指出了我国在该领域的两种实际状况:(1)盾构适应性设计存在较大提升空间,其中的系统集成、关键零配件等领域主要依赖进口;(2)盾构在国内应用领域存在着隧道开挖直径不规范、标段划分不合理等人为因素,从而降低了盾构施工的经济和社会效益。这些总结可为我国盾构及其施工技术的健康有序发展提供参考。

马瑞[2](2019)在《基于ABAQUS破岩仿真的掘进刀具研究》文中提出现如今,岩土工程在城市建设、矿物挖掘、道路隧道等建设过程当中有着很重要的地位,掘进装备因其破岩效果好而被广泛应用于岩土工程中,而掘进刀具作为岩土工程中隧道掘进装备的关键切削部件和易损件,更是发挥着重要的作用。在岩土工程中,掘进装备目前使用较多的是掘进机和盾构机,相对应的掘进刀具主要是镐形截齿和盘形滚刀,掘进装备面对不同的岩层要使用不同的掘进刀具,掘进刀具受到岩土载荷的不断变化,使掘进刀具出现破岩效率低下,磨损消耗增大等问题。为解决这些问题,本文参考阅读了许多国内外专家学者以及工程人员的资料与实践经验文章,基于对两种刀具破岩机理与结构参数的理解与分析的理论基础上,采用Solid Works软件建立镐形截齿、盘形滚刀以及岩土模型,运用ABAQUS软件进行岩土的有限元分析,分别对泥岩、煤、砂岩这三类岩土条件下的镐形截齿在30°、40°、50°、60°的安装角度下进行了力学分析和切削量的分析,得出在这些岩土条件下镐形截齿的合理安装角度范围,进而提高破岩效率;并在泥岩、煤、不坚固砂岩、一般砂岩、很坚固砂岩这五种岩土条件下对盘形滚刀也进行了力学分析与切削量的分析。同时对五种岩土条件下的镐形截齿和盘形滚刀的应力云图进行分析,从而推断得出每种岩土条件下两种刀具产生的岩土裂纹范围。最后综合考虑裂纹范围、刀具受力以及切削量等因素得出在面对不同硬度的岩土究竟选用镐形截齿还是选用盘形滚刀以及两种都可以的情况。本文通过对以上内容的研究与分析,为进一步合理选用刀具、准确安装刀具以及提升刀具寿命方面提供了一定的参考价值与理论根据。

熊帆[3](2016)在《基于PSO-SVR算法的TBM掘进效率预测及围岩分级研究》文中研究表明采用TBM进行隧洞施工速度快,掘进效率高,尤其在超长距离的隧洞工程中,TBM施工带来的经济效益更加显着。在实际工程中,为了进行可行性论证、经济效用评估和风险控制等,需要对TBM的掘进效率等指标进行预测,判定围岩的可掘进性。在影响掘进效率的因素中,围岩地质条件是影响TBM掘进效率的主要外部因素,TBM施工条件下的围岩分级应重点考虑岩体的可掘进性。为了建立可靠的施工预测模型,预测施工效率,本文采用粒子群(PSO)优化的支持向量回归算法(SVR),通过分析掘进效率的影响因素,确定了三项围岩参数——单轴抗压强度(UCS)、软弱结构面平均间距(DPW)、结构面与隧洞轴线的夹角(α),和掘进效率指标——贯入度指数(FPI),分别作为模型的输入和输出参数,建立了TBM掘进效率预测模型。同时,将PSO-SVR模型和其他理论下建立的模型进行了对比分析。在此基础上,依据围岩参数和贯入度指数(FPI)之间的相关关系,提出了一种新的TBM施工条件下的围岩分级方法。主要取得以下成果:(1)借助粒子群(PSO)算法,优化了支持向量回归(SVR)算法在回归拟合过程中的关键核参数选取,使得支持向量回归算法能够取得最优的适应度,达到最优的回归拟合效果。通过本文研究,进一步验证了PSO-SVR联合算法的先进性。今后可以将该方法应用到其他回归预测问题的处理中。(2)与线性回归、非线性回归、神经网络理论进行对比,PSO-SVR模型的预测准确度最高。表明PSO-SVR预测模型在预测准确度上相比其他理论方法有较大提高。(3)本文依据贯入度指数(FPI)和岩石可掘进性之间的关系,在PSO-SVR预测模型的基础上建立了TBM施工条件下的围岩分级图。通过围岩参数和机器设备参数预测出FPI值,然后根据围岩分级图即可快速判定围岩的级别,评估围岩的可掘进性。

王召迁[4](2014)在《TBM盘形滚刀破碎岩石机理及影响破岩力因素的研究》文中提出硬岩掘进机作为一种长隧洞快速施工的先进设备其最大的优点就是快速、优质、安全和经济,尤其有较钻爆法无可比拟的掘进速度。随着越来越多的工程项目需要在相对较硬的岩层中施工,硬岩掘进机的使用和发展具有广阔的市场前景,对掘进机的设备性能提出了更高的要求,尤以滚刀的性能和耐用度提出了更高的性能要求。岩石破碎的效率与难易程度是影响工程的施工进度的主要因素,而滚刀的消耗占硬岩掘进施工成本的主要部分,滚刀的更换是掘进机停机的一大主要原因,减少滚刀的磨损和破损,提高滚到的耐用度,对于减少工程成本提高工程施工的效率尤为重要。本文在国内第一次采用工业试验的方法对TBM盘形滚刀破碎岩石的机理及影响破岩力的因素进行了试验研究,采用理论分析方法与高速摄影技术、计算机仿真技术和工业试验相结合的方法,系统地研究了滚刀破碎岩石的机理、滚刀破碎岩石时的破岩力和各掘进参数下的破岩力和破岩量问题,运用微观的仿真模拟完成对滚刀破碎岩石的宏观分析,建造了国内第一台滚刀破岩与耐磨实验平台,并进行了大量不同掘进参数的切割试验,采用试验数据与工程数据相结合的方式,分析各掘进参数下破岩力和破岩量的影响,为施工掘进参数选择提供依据。本文主要研究工作与取得的成果如下:1、通过对盘形滚刀破碎岩石过程的机理分析,修正岩石材料的失效准则和破坏模型,以更加满足掘进机施工实际情况;采用RFPA真实过程破裂分析系统,建立了单把、双把和三把滚刀破碎岩石机理模型并对其进行了岩石的破碎过程分析;运用高速摄像机技术,对单把和双把滚刀破碎岩石的过程进行微观和宏观的试验分析,得出岩石的破坏过程包括初始变形、微裂纹产生、扩展和分离等。2、在对盘形滚刀破碎岩石的机理深入研究之上,对滚刀和刀盘的受力控模型提出合理简化,运用Autodyn显示动力方法建立盘形滚刀破岩过程的有限元模型,动态模拟了滚刀对岩体周边的扰动情况以及滚刀的受力特性和切割特性;对滚刀的结构参数、工作参数和地质条件等对岩石破碎的影响进行分析,从微观角度揭示了滚刀作用下岩石破碎机制和影响规律。3、建立了盘形滚刀破岩与耐磨实验平台,通过试验方法分析了盘形滚刀破岩运动中由于岩石的不均质性导致的位移偏移情况,并对比分析了掘进参数对破岩轨迹偏移的影响规律;分析了各掘进参数对破岩力的显着性影响,得出贯入度对破岩力的影响较大,切割速度影响裂纹的扩展速度,刀间距直接影响碎块的大小,得到针对花岗岩切割的最优水平和最优组合。4、运用试验的方法,针对贯入度、切割速度、刀间距等掘进参数,进行了不同组合的单因素仿真与试验分析,分析了破岩时各向破岩力、破岩量、岩石表面形貌、岩石碎块的形状与大小等指标随不同切割因素的变化规律,确定了针对花岗岩的最优贯入度、切割速度和刀间距等优化值;通过工程数据,分析了不同地质条件下最大月掘进尺,从理论和试验上保证了在恒定推力下日最大掘进量。5、在正交试验和单因素试验的基础之上,进行盘形滚刀耐磨性分析,分析滚刀的使用寿命,分析得出滚刀磨损量与切割长度或切割时间之间的关系;分析了引洮工程中滚刀的更换频率,得出滚刀的布置对滚刀磨损的影响规律,建立了滚刀磨损预测模型,合理分析确保新工程期内无需换刀。

张占杰[5](2013)在《高韧性TBM滚刀刀圈材料及工艺的开发与应用》文中提出隧道工程的建设和发展是我国20世纪最伟大的科技成就之一,在深覆盖、长距离、大直径、复杂地质条件下越来越多的采用全断面掘进机进行施工。滚刀上安装的刀圈是掘进机破岩的主要部位,由于工作条件恶劣,消耗量极大。刀圈材料需要具有高硬度、高耐磨性、良好的冲击韧性、一定的抗回火性能和较好的加工工艺性能。通过对国内外成品刀圈材料性能的检测分析,发现刀圈材料性能向着高硬度和高韧性两个方向发展,国外高韧性刀圈所采用的材料是低合金超高强度钢AISI4340。本文围绕高韧性TBM滚刀刀圈的开发,采用各种工艺手段,在保证硬度要求的基础上努力提高材料的性能,主要的工作内容如下:1、分析了硬岩刀圈材料的承载特性及使用工况要求,为满足施工过程对刀圈材料持久稳定工作的要求,确定了高韧性刀圈材料的力学性能指标为:硬度560HV以上,韧性需要达到30J。2、基于合金元素的强化机制,采用多元少量的原则,在现有钢种AISI4340的基础上,重新进行了成分设计。3、通过热模拟实验研究了实验钢的相变温度点、奥氏体粗化温度、奥氏体的动态软化和奥氏体连续冷却过程的相变行为。结果表明:TBM刀圈用钢的奥氏体转变温度Ac1≈701℃,Ac3≈737℃;锻造温度区间设定在900℃1150℃,可充分利用动态再结晶降低应力,碾压温度可设置在750~850℃,可以利用动态回复提高组织性能;当冷却速度大于1℃/s时开始发生马氏体转变,马氏体转变温度约为300℃。4、根据TBM刀圈用钢的组织和性能要求,研究了淬火和回火工艺等参数对力学性能的影响,采用预备热处理和大变形压缩的手段改变淬火前的原始组织,采用热力模拟试验机进探究了等温淬火和QP工艺对材料组织性能的影响。结果表明,实验钢的最佳淬火温度为870℃,最佳回火温度为200℃;采用预备热处理和大变形压缩能够有效改善对材料的原始组织,对性能有很大影响;实验钢需要进行良好的锻造处理,最佳热处理的工艺工艺参数为在880℃正火,870℃淬火,200℃回火,材料的力学性能能够达到高韧性TBM刀圈用钢要求;将等温淬火和QP工艺应用于TBM刀圈用钢的开发具有一定的应用前景。5、采用各种工艺手段,对实验钢的在试验工艺下的组织进行了检测,发现提高残余奥氏体量有利于提高刀圈材料的韧性。

蒋立君[6](2013)在《面向可靠性和振动特性的TBM主轴承结构设计》文中指出进入21世纪以来,世界各国不断地增加对地下空间的开发利用,全断面岩石掘进机(TBM)作为高效、安全、绿色的掘进设备已成为首先的硬岩隧道成形设备,且具有十分广阔的市场前景。主驱动主轴承作为掘进主机的关键承载部件,特殊的工作环境要求其具有高安全性、稳定性、可靠性,因此在传统主轴承设计理论和方法的基础上进行考虑主轴承可靠性和稳定性的结构设计研究显得十分必要,这也是行业内企业对于主轴承设计重点关注的新方向之一。本文根据主轴承设计早期载荷信息缺乏的特点,从刀盘动态掘进载荷仿真入手,对掘进过程中主轴承的应力谱进行预测,进而通过随机应力下结构疲劳可靠度计算模型和系统元件失效相关特征建立了主轴承系统的动态可靠度预测方法。在研究主轴承系统的刚度特性基础上,对时变载荷激励下的主轴承振动程度进行分析,并根据主轴承结构参数与其振动特征参数的映射关系,建立考虑结构疲劳可靠性和振动特征的结构参数优化设计模型。论文的具体工作和主要内容可以做如下描述:(1)根据掘进机连续掘进特点,建立考虑复合地层、刀盘刀具布局、刀具切削载荷和刀盘复合载荷计算的刀盘载荷时间历程的模拟方法。以刀盘载荷为输入条件,根据主轴承系统结构特征对参数非对称的主轴承进行静态载荷及应力分布计算,并编制动态载荷下的应力谱,运用雨流计数法进行多工况处理与合成,得到便于进行疲劳可靠性分析的应力分布的关键参数。(2)以应力强度干涉模型为基础,进行随机外部载荷下的主轴承疲劳可靠度预测,通过强度的非线性退化理论和材料本身的分散性研究结构的剩余强度时间历程。采用JC法计算主轴承结构的可靠度,并根据系统内失效关系建立了基于关联矩阵和布尔函数的系统可靠度计算方法。(3)研究主轴承振动的形成及衡量振动程度的参数,借助滚子滚道的接触模型建立与疲劳可靠性匹配的系统动力学模型。通过系统动力学关键参数的分析研究,确定了以滚子滚道接触刚度和阻尼为基础的等效动力学模型和方程。(4)以主轴承的疲劳可靠度和振动程度为目标,系统整体的设计要求为约束,建立主轴承结构参数优化模型。为了验证本文理论及方法的系统、全面和有效性,以某引水工程为例进行分析,优化结果表明在保证体积不增加的前提下,优化后主轴承的疲劳可靠度和振动程度均有明显的改善,为系统结构参数优化提供了具有实际意义的参考。

虞诗强[7](2013)在《TBM刀群与盘体支撑结构耦合布置设计方法》文中认为全断面岩石掘进机(简称TBM)是装备制造业的标志性产品。TBM结构复杂、技术含量高、市场需求大、进口依赖性强,因此加速发展TBM自主研发势在必行。刀盘作为TBM的核心部件处于掘进机最前沿并与复杂岩石地质界面直接作用,在掘进过程中承受大扭矩、大推力和冲击载荷,工作条件十分恶劣,因而合理、可靠的刀盘设计是TBM设计的关键。TBM刀盘拓扑结构适应性设计直接关系掘进效率和可靠性,而刀盘拓扑结构设计的关键在于复杂岩石边界下刀群适应性布置设计与刀盘盘体结构之间的耦合设计。针对上述设计内容,本文综合运用离散元法、参数化设计、协同进化等手段,研究基于碴土流动性的刀盘出碴槽设计方法;在此基础上,研究刀群星型布置规则与刀盘盘体结构的耦合关系,研究双子系统协同进化的刀群适应性布置与刀盘盘体支撑结构耦合设计方法;最终依托合作单位的实际工程进行相关理论方法的验证与完善,为TBM刀盘自主研发提供一定的理论方法支撑。本文具体研究工作如下:(1)针对TBM刀盘出碴槽设计领域的空白,本文采用离散元方法(DEM)建立了刀盘出碴离散元仿真模型,并以此探究出碴槽设计参数对TBM出碴效率及稳定性的影响规律,提出了基于碴土流动性的出碴槽设计规则:①出碴槽开口宽度优先保证;②尽可能长、短出碴槽结合布置;③相邻出碴槽开口差异尽可能小;④尽可能采用对称式布置。通过对比工程实例中原始与改进出碴结构设计方案可知:采用改进方案的刀盘出碴效率能够提高15.08%,出碴稳定性提高11.97%。(2)本文同时考虑刀盘支撑筋的辅助出碴和支撑功能,设计了一种L形TBM刀盘支撑筋结构,并建立了基于出碴性能的刀盘新型支撑结构参数设计理论模型。通过工程实例分析可知:改进后的刀盘总变形减小4.15%,应力减小37.33%;轴向、横向、合成振动分别减小12.76%、9.47%和12.76%。(3)考虑到刀群布置与刀盘盘体支撑结构间的耦合因素,本文提出了以刀盘侧向力合力、牵连惯性力合力、不平衡合力矩、刀盘应力和应变最小化为优化目标,刀具安装角与支撑筋初始位置角为设计变量的刀群与盘体支撑结构耦合布置优化设计模型。根据该优化模型中设计目标相互制约、协调的特点,选取协同进化算法(CCGA)作为框架,并以星型刀群布置为例提出了相应求解方法。通过工程实例分析可知,优化方案中刀盘受载情况明显改善(侧向力减小96.4%),刀盘应力与变形分别减小51.8%与35.4%,说明借助该方法解决刀群与盘体支撑结构耦合设计这一复杂工程问题可行有效。

张占杰,刘朴,赵海峰,袁国,赵金华,吴志生[8](2013)在《TBM滚刀刀圈材料性能的研究》文中研究表明隧道掘进机破岩的主要工具是刀圈。分析了刀圈常见失效形式,选取了2种刀圈,用直读光谱仪测定其成分,通过金相和透射电镜比较其显微组织,用维氏硬度计和冲击试验测定了硬度和冲击功。刀圈一的硬度约为700HV,冲击功2~3J;刀圈二的硬度大于530HV,冲击功30~40J。比较了其生产工艺的不同,提高材料的纯净化、均匀化和细化晶粒,优化热处理工艺,刀圈材料在满足高硬度要求时可保证高韧性。

闫长斌,路新景[9](2012)在《基于改进的距离判别分析法的南水北调西线工程TBM施工围岩分级》文中研究说明对马氏距离判别法和层次分析法存在的不足进行改进,将改进的距离判别分析法应用于南水北调西线工程TBM施工围岩分级中。根据TBM施工特点和相关研究成果,将TBM施工围岩分级标准定为4级。选用岩石强度、岩组特征、结构面间距、结构面与洞轴线夹角以及石英含量5项指标作为判别因子,以南水北调西线工程杜柯河—玛柯河段实例数据作为学习样本进行训练,建立TBM施工围岩分级的改进的距离判别分析模型,利用得到的线性判别函数对待判样本进行分级。最后,将改进的距离判别分析法得到的判定结果与传统马氏距离判别法、RTBM法以及RMR方法得到的判别结果进行对比分析,验证了改进的距离判别分析法的有效性。研究结果表明,改进的距离判别分析法具有预测精度高等优点,为TBM施工围岩分级提供了一种新的有效方法。

张鹏[10](2009)在《TBM滚刀布置与刀盘结构参数优化设计研究》文中指出全断面岩石掘进机(TBM)是我国大型装备制造业标志性产品,TBM刀盘设计是决定TBM能否高效、可靠、稳定掘进的关键。目前我国还不具备自主设计刀盘的能力,为打破国外技术封锁,开展TBM刀盘相关设计技术的研究势在必行。本文针对复杂多变的岩石边界条件,综合运用岩石力学、机械设计、结构力学、优化设计等理论和方法,研究多滚刀作用下平面布置优化设计和刀盘结构参数优化设计,开发TBM滚刀布置与刀盘结构设计软件,通过数值算例验证,研究TBM滚刀布置设计与刀盘结构参数优化设计理论体系。论文主要研究内容包括几下几个方面:1.滚刀作用下的岩石破碎机理及滚刀受力模型:研究岩石力学性质、岩石损伤现象及破坏机理、岩石本构关系的细微统计损伤模型,总结了基于理论的滚刀受力模型,包括伊万斯(Evans)预测公式、秋三藤三朗预测公式、罗克斯巴勒(F.F.Roxborough)预测公式、科罗拉多矿业学院预测公式等,基于试验数据拟合的受力模型包括Rostami预测公式,为滚刀布置优化设计提供了受力模型的理论基础。2.滚刀布置优化设计:综合考虑破岩机理、施工参数以及两种典型岩石地质条件,通过查阅国内外文献以及同合作单位的一线工程技术专家探讨,给出一般性的TBM滚刀布置设计问题需满足的技术要求,进而为了满足这些技术要求,建立全断面岩石掘进机滚刀布置优化模型,给出了全断面岩石掘进机滚刀布置规则及基于遗传算法的滚刀布置设计方法。3.刀盘结构参数优化设计:研究刀盘结构设计中的关键技术问题,主要包括刀盘的布局、拓扑结构以及支撑的拓扑结构等问题。基于滚刀布置方案及刀盘制造、装配工艺等要求,进行刀盘结构设计,获得刀盘结构设计初步方案及相关技术性能参数。4.实用化支撑软件:基于岩石破碎理论和工程数据,在给定的典型岩石边界条件下,开发TBM滚刀布置与刀盘结构设计软件,实现滚刀布置和刀盘结构初步方案设计,输出相应的滚刀布置方案、刀盘结构初步方案及相关技术性能参数。滚刀布置设计与刀盘结构参数优化设计经过优化计算最终得到一个设计初步方案,不仅可以给出待求解的新问题的建议解决方案,也可以通过数值算例对比验证已有的项目工程和优化计算后的TBM刀盘相关技术性能参数,从而降低TBM刀盘设计成本,提高TBM刀盘设计效率。

二、谈全断面岩石掘进机的本土化研制(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、谈全断面岩石掘进机的本土化研制(论文提纲范文)

(1)盾构技术在隧洞施工中的应用分析(论文提纲范文)

1 研究背景
    1.1 国外现状
    1.2 国内现状
2 盾构技术应用的趋势分析
    2.1 国内应用趋势
    2.2 国外应用趋势
3 盾构设备与施工关键技术
    3.1 关键施工技术
        3.1.1 进出洞施工技术
        3.1.2 盾构脱困技术[15]
        3.1.3 孤石爆破施工技术
        3.1.4 盾构法与矿山法联合施工技术
        3.1.5 冷冻刀盘技术
        3.1.6 盾构永磁同步驱动技术[17]
        3.1.7 盾构地下对接技术
    3.2 盾构再利用的局限性
4 结论

(2)基于ABAQUS破岩仿真的掘进刀具研究(论文提纲范文)

中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 巷道掘进工艺的发展趋势
    1.3 掘进装备概述
    1.4 选题背景及意义
    1.5 国内外研究现状
        1.5.1 煤岩特性及掘进装备的研究现状
        1.5.2 刀具结构参数对截割效率的影响研究
    1.6 本文主要研究技术路线及内容
    1.7 小结
第二章 破岩机理及刀具受力分析
    2.1 破岩机理
        2.1.1 镐形截齿的破岩机理
        2.1.2 盘形掘进刀具的破岩机理
    2.2 刀具结构参数分析
        2.2.1 刀具安装角
        2.2.2 刀间距
    2.3 刀具受力分析
        2.3.1 镐形截齿破岩受力分析
        2.3.2 盘形滚刀破岩受力分析
    2.4 小结
第三章 不同刀具的破岩仿真研究
    3.1 ABAQUS仿真软件
    3.2 岩土及刀具三维实体模型的建立
        3.2.1 岩土模型的选取与三维实体模型的建立
        3.2.2 刀具三维实体模型的建立
    3.3 在不同煤岩工况下刀具仿真模型导入及工况设置
        3.3.1 镐形截齿的仿真
        3.3.2 盘形滚刀的仿真
    3.4 小结
第四章 仿真结果分析
    4.1 煤岩特性
        4.1.1 煤岩的物理性质
        4.1.2 煤岩的机械性质
    4.2 泥岩条件下的刀具仿真结果分析
        4.2.1 镐形截齿结构参数的仿真结果分析
        4.2.2 盘形滚刀结构参数的仿真结果分析
        4.2.3 刀具裂纹范围的仿真结果分析
    4.3 煤条件下的刀具仿真结果分析
        4.3.1 镐形截齿结构参数的仿真结果分析
        4.3.2 盘形滚刀结构参数的仿真结果分析
        4.3.3 刀具裂纹范围的仿真结果分析
    4.4 砂岩条件下的刀具仿真结果分析
        4.4.1 不坚固砂岩条件下镐形截齿结构参数的仿真结果分析
        4.4.2 不坚固砂岩条件下盘形滚刀结构参数的仿真结果分析
        4.4.3 不坚固砂岩条件下刀具裂纹范围的仿真结果分析
        4.4.4 一般砂岩的仿真结果分析
        4.4.5 很坚固砂岩的仿真结果分析
    4.5 小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望与不足
参考文献
致谢

(3)基于PSO-SVR算法的TBM掘进效率预测及围岩分级研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景和研究意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 TBM施工预测研究现状
        1.2.2 TBM施工围岩分级研究现状
    1.3 研究内容
    1.4 研究方法
        1.4.1 研究方法
        1.4.2 技术路线
第二章 TBM掘进效率影响因素和评价指标
    2.1 前言
    2.2 TBM掘进影响因素
        2.2.1 围岩条件
        2.2.2 设备性能
    2.3 TBM掘进效率指标
    2.4 本章小结
第三章 基于PSO-SVR的TBM掘进效率预测模型
    3.1 前言
    3.2 粒子群-支持向量回归(PSO-SVR)算法理论
        3.2.1 统计学习理论
        3.2.2 SVR算法理论
        3.2.3 PSO算法理论
        3.2.4 基于PSO的SVR参数优化选择
    3.3 PSO-SVR模型
        3.3.1 模型的训练数据
        3.3.2 PSO-SVR模型的训练及测试
        3.3.3 预测结果分析
    3.4 常规理论模型预测
        3.4.1 线性回归
        3.4.2 非线性回归
        3.4.3 BP神经网络模型
    3.5 不同理论模型对比分析
    3.6 本章小结
第四章 TBM施工围岩分级方法
    4.1 前言
    4.2 TBM施工围岩分级理论
    4.3 基于掘进效率的TBM施工围岩分级
    4.4 围岩分级方法对比分析
    4.5 本章小结
结论
    结论
    展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢

(4)TBM盘形滚刀破碎岩石机理及影响破岩力因素的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 TBM硬岩掘进国内外研究现状与趋势
        1.2.1 硬岩掘进机研究现状
        1.2.2 盘形滚刀结构与破岩简介
    1.3 TBM滚刀破碎岩石机理国内外研究现状
        1.3.1 比能理论模型研究现状
        1.3.2 破岩理论模型研究现状
        1.3.3 刀圈磨损机理研究现状
    1.4 TBM滚刀破岩力的计算与性能预测的国内外研究现状
        1.4.1 破岩力预测模型研究现状
        1.4.2 滚刀破岩实验台研究现状
        1.4.3 掘进机性能的预测研究现状
        1.4.4 滚刀破岩仿真方法研究进展
    1.5 论文的研究意义、特点和框架
        1.5.1 本论文的研究意义
        1.5.2 论文的特点与创新性
        1.5.3 论文的结构框架
    1.6 小结
第2章 TBM滚刀破碎岩石机理的模型与仿真
    2.1 引言
    2.2 岩石的基本力学特性
        2.2.1 岩石材料的非均匀性
        2.2.2 岩石的变形特性
        2.2.3 岩石的破坏准则
    2.3 TBM盘形滚刀破岩过程机理分析
        2.3.1 岩石破坏机理模型
        2.3.2 TBM盘形滚刀滚压破岩机理
    2.4 岩石破裂过程仿真与分析
        2.4.1 二维仿真模型的建立
        2.4.3 单刀作用下滚刀破岩过程仿真
        2.4.4 双刀作用下的岩石破碎过程仿真
        2.4.5 三刀作用下的岩石破碎过程仿真
    2.5 TBM滚刀岩石破碎的试验研究
        2.5.1 试验条件与参数
        2.5.2 单滚刀切割岩石破碎试验分析
        2.5.3 双滚刀破岩岩石破碎试验分析
    2.6 小结
第3章 TBM盘形滚刀破岩力分析与仿真的研究
    3.1 盘形滚刀与刀盘破岩受力分析
        3.1.1 盘形滚刀受力分析
        3.1.2 刀盘受力平衡分析
        3.1.3 盘形滚刀破岩力预测模型
    3.2 单滚刀破岩受力仿真分析
        3.2.1 Autodyn数值模拟算法
        3.2.2 滚刀破岩有限元模型的建立
        3.2.3 仿真材料参数与接触算法
        3.2.4 刀圈和岩石应力分布规律
        3.2.5 滚刀破岩裂纹扩展变化规律
    3.3 双滚刀破岩受力仿真分析
        3.3.1 双滚刀破岩应力分布规律
        3.3.2 双滚刀破岩应力对破碎的影响
    3.4 掘进参数对滚刀应力分布影响
        3.4.1 贯入度对破岩应力分布影响
        3.4.2 切割速度对破岩应力分布影响
        3.4.3 地质条件对破岩应力分布的影响
    3.5 小结
第4章 TBM滚刀破岩轨迹偏移的试验研究
    4.1 TBM滚刀破岩与耐磨实验台
        4.1.1 实验台的结构与功能
        4.1.2 实验台液压控制系统
        4.1.3 控制与数据采集系统
        4.1.4 耐磨控制程序优化
    4.2 TBM盘形滚刀破岩运动轨迹的分析
        4.2.1 盘形滚刀破岩的运动特性
        4.2.2 滚刀破岩运动轨迹的偏移
    4.3 影响盘形滚刀破岩运动轨迹偏移因素的试验研究
        4.3.1 破岩贯入度对运动轨迹的影响
        4.3.2 切割速度对运动轨迹的影响
    4.4 小结
第5章 TBM滚刀破岩力影响因素的试验研究
    5.1 盘形滚刀参数与地质参数对破岩力的影响
        5.1.1 滚刀截面对破岩效果的影响分析
        5.1.2 岩石围压对破岩效果的影响分析
        5.1.3 岩石强度对破岩效果的影响分析
    5.2 影响盘形滚刀破岩力因素显着性分析
        5.2.1 影响破岩力的参数简介
        5.2.2 试验方案设计
        5.2.3 切割参数对垂直力的影响分析
        5.2.4 切割参数对纵向力的影响分析
    5.3 盘形滚刀破岩参数对破岩力影响的试验研究
        5.3.1 贯入度对破岩力影响试验研究
        5.3.2 切割速度对破岩力影响试验研究
    5.4 滚刀刀间距对破岩力影响的试验研究
        5.4.1 双滚刀破岩机理的分析
        5.4.2 刀间距对破岩力的影响试验研究
    5.5 小结
第6章 TBM滚刀破岩量与滚刀磨损的研究
    6.1 TBM滚刀破岩效率理论
    6.2 TBM滚刀破岩量影响因素显着性分析
        6.2.1 滚刀破岩量影响因素的正交试验设计
        6.2.2 滚刀破岩量最佳参数的分析
        6.2.3 破岩切割参数对破岩量的显着性分析
    6.3 破岩贯入度对破岩量影响的研究
        6.3.1 贯入度对破岩量影响的仿真分析
        6.3.2 贯入度对破岩量影响的试验研究
    6.4 切割速度对破岩量的影响研究
        6.4.1 切割速度对破岩量影响的仿真分析
        6.4.2 切割速度对破岩量影响的试验研究
    6.5 TBM滚刀刀间距对破岩量影响的研究
        6.5.1 不同刀间距下破岩量仿真研究
        6.5.2 不同刀间距下破岩量的试验研究
    6.6 TBM滚刀破岩磨损的研究
        6.6.1 滚刀磨损的主要形式
        6.6.2 滚刀刀圈磨损的过程机制
        6.6.3 滚刀磨损量的理论估算模型
        6.6.4 滚刀磨损仿真与试验研究
    6.7 小结
第7章 引洮工程TBM破岩相关问题的研究
    7.1 工程概况与地质分析
    7.2 不同地质条件下的掘进参数的选择研究
        7.2.1 不同地质条件下贯入度的选择
        7.2.2 不同地质条件下刀盘转速的选择
        7.2.3 不同地质条件下推进压力的选择
    7.3 地质条件对掘进效率影响的研究
        7.3.1 9#隧洞施工设备主参数
        7.3.2 不同地质条件下的掘进效率分析
    7.4 滚刀布置与滚刀磨损关系的研究
        7.4.1 T9滚刀布置
        7.4.2 滚刀磨损与布置的关系
        7.4.3 滚刀磨损原因分析
    7.5 小结
第8章 结论与建议
    8.1 结论
    8.2 建议
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表论文和参与科研项目
    攻读博士学位期间发表论文
    攻读博士学位期间参与科研项目
作者简介

(5)高韧性TBM滚刀刀圈材料及工艺的开发与应用(论文提纲范文)

中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 中碳低合金超高强度钢
    1.3 TBM刀圈破岩机理及承载特点
        1.3.1 刀圈破岩机理
        1.3.2 刀圈常见失效形式
        1.3.3 刀圈材料与生产
    1.4. 钢铁材料强韧化机理
        1.4.1 位错强化
        1.4.2 固溶强化
        1.4.3 细晶强化
        1.4.4 第二相强化
    1.5 热处理原理及工艺
        1.5.1 淬火—低温回火工艺
        1.5.2 等温淬火工艺
        1.5.3 淬火—配分工艺
    1.6 研究目的和研究内容
        1.6.1 研究目的
        1.6.2 研究内容
第二章 中外TBM刀圈材料组织性能
    2.1 引言
    2.2 检测方法
    2.3 检测结果与分析
        2.3.1 成分对比分析
        2.3.2 力学性能对比分析
        2.3.3 微观组织对比分析
        2.3.4 断裂分析
    2.4 分析与讨论
        2.4.1 刀圈的生产工艺
        2.4.2 高韧性刀圈的开发
        2.4.3 材料中的复相组织
    2.5 小结
第三章 TBM刀圈用钢成分设计与锻造
    3.1 前言
    3.2 试验钢的成分设计
    3.3 实验钢的锻造
    3.4 小结
第四章 TBM刀圈用钢热变形行为研究
    4.1 、 前言
    4.2 、 试验方法
    4.3 试验原理与方案
        4.3.1 奥氏体相变转变温度测定的实验方案
        4.3.2 奥氏体加热粗化温度测定的实验方案
        4.3.3 奥氏体高温变形行为研究的试验方案
        4.3.4 奥氏体连续冷却相变研究的实验方案
    4.4 试验结果与分析
        4.4.1 相变转变温度试验结果与分析
        4.4.2 奥氏体加热粗化温度试验结果与分析
        4.4.3 奥氏体高温变形行为试验结果与分析
        4.4.4 奥氏体连续冷却相变试验结果与分析
    4.5 小结
第五章 TBM刀圈用钢热处理工艺研究
    5.1 前言
    5.2 实验方法
        5.2.1 实验材料
        5.2.2 实验方案
    5.3 实验结果
        5.3.1 不同淬火温度实验结果
        5.3.2 不同回火温度实验结果
        5.3.3 不同原始组织实验结果
        5.3.4 热模拟工艺实验结果
    5.4 典型热处理工艺组织分析
        5.4.1 淬火-回火工艺的显微组织
        5.4.2 正火-淬火-回火工艺的显微组织
        5.4.3 调质-淬火-回火工艺的显微组织
        5.4.4 锻造工艺对组织性能的影响
    5.5 分析与讨论
        5.5.1 淬火温度对组织的影响
        5.5.2 不同工艺下的残余奥氏体形态
    5.6 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文

(6)面向可靠性和振动特性的TBM主轴承结构设计(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 课题的研究背景与意义
    1.3 国内外相关研究现状
        1.3.1 掘进机主轴承研究现状
        1.3.2 结构疲劳可靠性研究现状
        1.3.3 主轴承振动研究概况
        1.3.4 主轴承结构参数设计研究概况
    1.4 本文主要研究内容与方法
2 主轴承载荷预测与应力谱编制
    2.1 引言
    2.2 主轴承结构及承载形式分析
    2.3 主轴承载荷谱计算模型
    2.4 复合地层下掘进机刀盘载荷历程模拟
        2.4.1 刀盘刀具布局模型表征
        2.4.2 复合地层模型的建立
        2.4.3 刀盘载荷仿真方法
        2.4.4 数值计算及分析
    2.5 主轴承静载荷分布分析
        2.5.1 复杂载荷下主轴承滚动体受力分析
        2.5.2 参数不对称的主轴承载荷分布计算方法
        2.5.3 载荷分布求解
        2.5.4 计算结果
    2.6 主轴承应力谱预测
        2.6.1 主轴承动态载荷仿真
        2.6.2 动态载荷的计数处理
        2.6.3 多工况下载荷谱合成
    2.7 本章小结
3 主轴承系统疲劳可靠性分析模型
    3.1 引言
    3.2 结构疲劳可靠性基础
        3.2.1 疲劳可靠度功能函数
        3.2.2 基于应力-强度干涉的可靠度计算模型
    3.3 结构强度非线性退化模型
        3.3.1 剩余强度理论
        3.3.2 考虑变应力作用的强度退化模型
        3.3.3 全过程的强度退化模型
    3.4 主轴承疲劳可靠性模型
        3.4.1 考虑强度退化可靠度模型
        3.4.2 结构可靠度的近似解法
    3.5 主轴承系统疲劳可靠性分析
        3.5.1 主轴承系统失效模型
        3.5.2 考虑失效相关的系统可靠度模型
        3.5.3 系统元件的物理关联性计算
    3.6 本章小结
4 主轴承系统振动特性分析
    4.1 引言
    4.2 主轴承振动成因及危害分析
    4.3 主轴承振动形式分析
    4.4 主轴承动力学分析
        4.4.1 主轴承动力学模型的建立
        4.4.2 主轴承动力学参数确定
        4.4.3 动力学模型等效分析
    4.5 本章小结
5 主轴承结构参数优化设计
    5.1 引言
    5.2 目标函数的建立
    5.3 边界约束的确定
    5.4 本章小结
6 工程实例分析
    6.1 引言
    6.2 刀盘掘进载荷仿真
    6.3 主轴承应力谱编制
    6.4 系统的疲劳可靠度预测
        6.4.1 剩余强度计算
        6.4.2 主轴承可靠度计算
    6.5 主轴承振动分析
    6.6 结构参数优化设计
        6.6.1 参数优化计算
        6.6.2 结果对比分布
    6.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(7)TBM刀群与盘体支撑结构耦合布置设计方法(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 TBM刀盘设计国内外研究现状
        1.2.2 离散元数值仿真在工程设计中的应用
        1.2.3 协同进化算法研究现状概述
    1.3 主要研究内容
2 基于碴土流动性的TBM出碴槽设计
    2.1 离散元方法基本原理
    2.2 岩碴离散元微观参数的选取
        2.2.1 微观、宏观参数的映射关系
        2.2.2 基于仿真实验的岩碴离散元参数标定
    2.3 TBM刀盘出碴系统离散元仿真模型
        2.3.1 三维几何模型建立及简化
        2.3.2 PFC3D中CAD模型导入
        2.3.3 仿真模型边界条件
        2.3.4 颗粒流动性评价方法
    2.4 TBM出碴槽设计方法
        2.4.1 出碴槽设计思路
        2.4.2 不同出碴槽结构及布置方案的刀盘离散元仿真
        2.4.3 离散元仿真结果分析
        2.4.4 出碴槽设计改进
    2.5 本章小结
3 TBM刀盘支撑筋结构改进设计
    3.1 支撑筋设计要求及改进思路
        3.1.1 支撑筋设置中的关键问题
        3.1.2 支撑筋结构创新设计思路
    3.2 岩碴生成量及运动规律分析
        3.2.1 TBM掘进过程中生成岩碴量分析
        3.2.2 岩碴离散单元运动规律分析
    3.3 L形支撑筋结构参数设计理论模型
        3.3.1 基于岩碴运动轨迹的支撑筋设计参数分析
        3.3.2 L形支撑筋尺寸计算判断流程
    3.4 本章小结
4 刀群与刀盘盘体支撑结构耦合布置设计
    4.1 刀群与支撑结构布置设计中的关键问题
        4.1.1 刀群布置技术要求
        4.1.2 刀盘支撑结构设计要求
        4.1.3 刀群布置与刀盘盘体结构设计耦合关系
    4.2 刀群与支撑结构耦合设计优化模型
        4.2.1 刀群布置与刀盘盘体结构总体优化数学模型
        4.2.2 刀群位置角与优化目标函数关系
        4.2.3 支撑筋初始位置角与优化目标函数关系
        4.2.4 刀群布置规则数学模型
    4.3 刀群布置与刀盘盘体耦合问题的协同求解方法
        4.3.1 问题分解与编码方式
        4.3.2 子种群间合作机制
        4.3.3 子种群中合作个体选择方法
        4.3.4 个体适应度计算评价方法
    4.4 本章小结
5 程实例分析与验证
    5.1 TBM刀盘出碴槽改进设计
        5.1.1 建立离散元仿真模型
        5.1.2 离散元仿真过程
        5.1.3 仿真结果分析与比较
    5.2 新型支撑筋改进方案实例验证
        5.2.1 L形支撑筋尺寸计算
        5.2.2 有限元静力学分析结果对比
        5.2.3 动力学分析结果对比
    5.3 刀群与刀盘盘体支撑结构布置优化设计
        5.3.1 优化模型
        5.3.2 刀群位置极角与支撑筋初始位置角协同求解
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(8)TBM滚刀刀圈材料性能的研究(论文提纲范文)

1 破岩机理和影响效率的因素
2 TBM滚刀刀圈失效分析
3 TBM滚刀刀圈材料的性能
    3.1 化学成分
    3.2 显微组织
        3.2.1 金相分析
        3.2.2 TEM分析
    3.3 力学性能
        3.3.1 硬 度
        3.3.2 韧 性
    3.4 生产工艺
4 生产高性能TBM滚刀刀圈的建议
    1) 材料方面:
    2) 工艺方面:
    3) 其他方面:
5 结 论

(9)基于改进的距离判别分析法的南水北调西线工程TBM施工围岩分级(论文提纲范文)

1 引言
2 距离判别分析法及其改进
    2.1 马氏距离判别法及其缺陷
    2.2 确定权重因子的3标度层次分析法
    2.3 改进的距离判别分析法模型
3 南水北调西线工程TBM施工围岩分级的改进的距离判别分析法模型
    3.1 TBM施工围岩分级标准与指标体系
    3.2 TBM施工围岩分级的改进距离判别分析法模型
4 TBM施工围岩分级的改进的距离判别分析法模型有效性检验
5 结论

(10)TBM滚刀布置与刀盘结构参数优化设计研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 滚刀破岩机理及受力模型
        1.2.2 滚刀布置设计
        1.2.3 刀盘结构设计
    1.3 主要研究内容
2 岩石破碎机理及滚刀受力模型
    2.1 岩石力学性质
        2.1.1 岩石应力应变曲线
        2.1.2 Weibull统计分布函数
        2.1.3 岩石的强度准则
    2.2 岩石损伤现象及破坏机理
    2.3 岩石本构关系的细观统计损伤模型
    2.4 滚刀破岩机理
        2.4.1 冲击压碎岩石
        2.4.2 剪切和碾碎岩石
    2.5 滚刀受力模型综述
        2.5.1 伊万斯(Evans)预测公式
        2.5.2 秋三藤三朗预测公式
        2.5.3 罗克斯巴勒(F.F.Roxborough)预测公式
        2.5.4 科罗拉多矿业学院预测公式
        2.5.5 Rostami预测公式
    2.6 本章小结
3 设计方法及关键技术
    3.1 滚刀平面布置优化设计
        3.1.1 滚刀平面布置的技术要求
        3.1.2 滚刀平面布置的优化模型
        3.1.3 滚刀平面布置设计方法
    3.2 刀盘结构优化设计
        3.2.1 刀盘载荷
        3.2.2 刀盘结构设计技术要求
        3.2.3 刀盘结构设计中的关键问题
        3.2.4 结构优化设计方法
        3.2.5 结构优化设计实例
    3.3 刀盘驱动扭矩及盾体装备推力计算方法
        3.3.1 推力计算
        3.3.2 扭矩计算
    3.4 本章小结
4 实用化支撑软件
    4.1 软件框架
    4.2 岩石参数
    4.3 刀盘选型
    4.4 刀具选型
    4.5 刀间距优化
    4.6 刀间距设计
    4.7 施工预测
    4.8 平面布置
    4.9 结构分析
    4.10 推力扭矩
    4.11 本章小结
5 数值算例验证
    5.1 矩形刀座刀盘数值算例验证
    5.2 圆形刀座刀盘数值算例验证
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

四、谈全断面岩石掘进机的本土化研制(论文参考文献)

  • [1]盾构技术在隧洞施工中的应用分析[J]. 高延伟,翁子才,张照煌. 中国水利水电科学研究院学报, 2020(06)
  • [2]基于ABAQUS破岩仿真的掘进刀具研究[D]. 马瑞. 太原科技大学, 2019(04)
  • [3]基于PSO-SVR算法的TBM掘进效率预测及围岩分级研究[D]. 熊帆. 长安大学, 2016(02)
  • [4]TBM盘形滚刀破碎岩石机理及影响破岩力因素的研究[D]. 王召迁. 东北大学, 2014(10)
  • [5]高韧性TBM滚刀刀圈材料及工艺的开发与应用[D]. 张占杰. 太原科技大学, 2013(08)
  • [6]面向可靠性和振动特性的TBM主轴承结构设计[D]. 蒋立君. 大连理工大学, 2013(09)
  • [7]TBM刀群与盘体支撑结构耦合布置设计方法[D]. 虞诗强. 大连理工大学, 2013(08)
  • [8]TBM滚刀刀圈材料性能的研究[J]. 张占杰,刘朴,赵海峰,袁国,赵金华,吴志生. 钢铁研究, 2013(01)
  • [9]基于改进的距离判别分析法的南水北调西线工程TBM施工围岩分级[J]. 闫长斌,路新景. 岩石力学与工程学报, 2012(07)
  • [10]TBM滚刀布置与刀盘结构参数优化设计研究[D]. 张鹏. 大连理工大学, 2009(07)

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浅谈全断面掘进机国产化发展
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