硬岩隧道掘进机滚刀磨损机理研究

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1、天津大学硕士学位论文硬岩隧道掘进机滚刀磨损机理研究ResearchonWearMechanismofTBMDiscCutter一级学科：力学学科专业：固体力学作者姓名：刘海龙指导教师：秦庆华教授天津大学机械工程学院二〇一四年十二月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学

2、位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据中文摘要全断面岩石隧道掘进机（TBM）以其快速、环保、安全等优点，在岩石隧道挖掘中被广泛使用。在隧道施工中，盘形滚刀消耗量大且价格昂贵，不合理的换刀

3、会对工期、施工成本以及TBM本身造成不利影响，研究盘形滚刀的磨损特性以及预测滚刀磨损具有重要意义。目前，有关TBM滚刀磨损的研究很多，主要集中在对磨损机理定性的研究或者通过工程数据得到滚刀磨损的经验公式，从机理角度定量分析滚刀磨损的研究还需进一步深入。本文通过M-200型磨损试验机进行了干摩擦状态下的滑动摩擦磨损试验，模拟了盘形滚刀的磨损行为。通过分析试样的磨损形貌，分析了滚刀磨损机理。利用试验结果定量地分析了岩石硬度以及摩擦系数对滚刀磨损量的影响规律，并对试验结果进行了拟合。同时定性地分析了润滑对摩擦状态以及磨损量的影响。试验结果显示在大载

4、荷状态下磨损形式发生了转变，在大载荷作用下，磨损一定时间后，将会出现疲劳磨损，并分析了疲劳磨损对磨损量的影响。利用软件ABAQUS建立了盘形滚刀破岩过程的有限元模型，基于该模型研究了滚刀滑移现象以及滚刀受力分布情况。通过该模型定量地研究了滚刀贯入度以及滚刀与岩石间的摩擦系数对滚刀滑移的影响，并建立了滚刀滑移计算模型。同时，利用有限元模型研究了破岩过程中滚刀载荷分布情况，发现滚刀载荷分布形式为中间凸起，两边扁平，有限元结果与CSM模型中相关结论基本一致。根据以上结论，综合考虑振动对滚刀磨损的影响，建立了盘形滚刀磨损预测模型。该模型同时考虑了岩石

5、特性以及TBM操作参数对滚刀磨损的影响。利用该模型结合大伙房隧道施工数据，对施工中滚刀的磨损量进行了预测，预测结果与实际滚刀磨损值较为接近。所得结果可为TBM刀具磨损预测提供参考。本文共有图47幅，表11个，参考文献67篇。关键词：硬岩隧道掘进机；盘形滚刀；滑动磨损；滚刀滑移；磨损演化I万方数据AbstractHardrocktunnelboringmachine(TBM)iswidelyusedinrocktunnelexcavationduetoitssafetyandhighspeedprogressintunneling.Thewor

6、kingfaceofTBMisusuallyseveretothecutters,socutterwearisextremelyseriousandleadstolargecutterconsumeinTBMconstruction.Thenitisofgreatimportancetostudycutterwearcharacteristicsandpredictcutterwear.Inthispaper,slidingabrasiontestindryfrictionconditionwasconductedonM-200abrasio

7、ntestertosimulatethedisccutterwearbehavior.Thenthewearmorphologyofthesampledwasanalyzedtoobtainafurtherunderstandingofthemechanismofthedisccutterwear.Theresultsshowtherelationshipbetweendistanceandabrasivewearamountwhichisinagreementwithformerresearch.Theinfluenceofrockhard

8、ness,frictioncoefficientandlubricationonabrasionwearalsoanalyzedinthistest.Theresu