高品質TBM用盤形滾刀刀圈研制.pdf

1、21世紀進入地下空間開發(fā)的鼎盛時期。從20世紀末期，盾構施工法在地下空間開發(fā)中得到了廣泛的應用，而全斷面隧道掘進機（TBM）更是起到了舉足輕重的作用。盤形滾刀刀圈為 TBM的關鍵部件，在使用過程中直接與巖層相作用，為工作過程中易磨損失效部件，消耗量較大，同時在工作過程中頻繁的換刀會顯著提高施工成本、延長建設周期，因此，盤形滾刀刀圈要求具有較高的使用性能。目前，我國 TBM用刀圈多依賴進口，國外刀圈常以高價售于國內(nèi)，由于國產(chǎn)刀圈質量低于國

2、外水平，使我國 TBM用刀圈受制于人，制約著未來地下空間市場的發(fā)展。本文采用模擬與實驗相結合的方式，展開高質量TBM用刀圈研發(fā)。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　1）完成國內(nèi)外刀圈解剖實驗。對國內(nèi)外刀圈從用鋼的純凈度、力學性能、金相組織及低倍組織方面做了解剖分析，對比國內(nèi)外刀圈差異。結果表明：國外刀圈力學性能優(yōu)于國內(nèi)，同時國內(nèi)外刀圈制造工藝上也存在一定差異。
　　2）研究了實驗用H13鋼熱變形行為。通過實測H13鋼應力-應

3、變曲線，建立了H13鋼高溫熱變形方程，同時根據(jù)繪制的熱加工圖及金相組織，得到H13鋼適宜的熱加工工藝窗口為1050~1200℃，應變速率為0.01~1s-1，為實驗過程中熱加工工藝的制定提供理論依據(jù)和參考。
　　3）完成了刀圈鍛造過程的模擬仿真、優(yōu)化設計與試制，同時對試驗件進行了解剖分析。基于所建立的H13高溫本構方程和實測H13鋼材料熱物性參數(shù)，對刀圈鍛造過程進行了熱力耦合數(shù)值模擬，獲得了終鍛后應力、應變和溫度場的分布規(guī)律；研究