基于摩擦學的TBM盤形滾刀刀圈磨料磨損的數值研究.pdf

1、盤形滾刀刀圈是TBM掘進施工過程中破碎巖石的最主要部件，同時也是磨損最嚴重的部件。盤形滾刀刀圈磨損狀況的預測能夠有效的減少工程經濟費用及縮短工期。目前關于TBM施工預測方面的工作較多，對于盤形滾刀刀圈磨損量的定量計算方法卻研究很少。本文針對盤形滾刀刀圈磨損量進行了定量分析，提出了滾刀刀圈磨料磨損理論計算式，為滾刀刀圈壽命預測，刀圈更換周期提供理論依據。具體內容有：
　　1）依據彈性體的Hertz接觸理論，忽略滾刀側向力的影響，將巖

2、石面認為是平面，建立了刀圈與巖石平面接觸模型并給出接觸橢圓區(qū)域的大小與壓力分布；運用摩擦學知識給出了橢圓接觸區(qū)內粘連區(qū)與微滑區(qū)的分布；通過分析巖石中石英晶體對刀圈磨損的作用，并結合磨料磨損模型，推導了滾刀刀圈在施工過程中磨損量的計算公式；
　　2）運用FORTRAN語言將推導出的刀圈磨損量計算式編制成程序對工程實例進行計算；
　　3）考慮在掘進過程中滾刀刀圈因為磨損而導致的滾刀刀圈參數演化對掘進施工的影響；分析了在刀圈磨損過

3、程中掘進機推力，切深的變化情況，并對比分析了保持推力和保持切深兩種情況下哪種情況能使掘進效率更高；
　　4）調研某工程實例的相關參數，利用編寫的刀圈磨料磨損計算程序對該實際隧道工程中刀圈消耗數量進行了計算，并與該實際隧道工程中消耗的刀圈數量進行了對比分析，驗證了本文研究工作的正確性與適用性；
　　通過本文研究表明，由本文計算的刀圈消耗數量與實際工程中的刀圈消耗數量基本一致；刀圈磨損后會導致滾刀刀刃變寬，若不增大推力，則滾刀切