基于接触力学的盘形滚刀磨损量估算方法（可编辑）.doc

基于接触力学的盘形滚刀磨损量估算方法 . . , ,. ,. , . : . , ,. , . , .. ..‘ . .,, ..、 , , , . . 、, . . . ’ /’ . :, , ,. . , .. . , , , .. ;.. , : , , ,第一章绪论 第一章绪论 .课题研究背景 随着世界经济快速发展,各国交流不断加强,城市规模逐渐扩大,城市人口 急剧膨胀,用地紧张、交通堵塞等问题日渐严重,已经阻碍了城市化建设的进程。 因此合理开发利用地下空间变得非常迫切。想要利用地下空间就需要大规模地修 建跨越高山、海底的大断面深埋长隧道,而这一需求极大地促进了隧道及地下工 程修建技术的发展和应用。随着中国经济的地位在世界经济中逐渐攀升,中国也 不断加快城市化建设的进程。中国基础设施的大规模建设、西部大开发的进行, 中国的铁路、公路、大中型水电站建设以及南水北调、西气东输等工程中将有大 量的长大隧道需要建设,现代城市建设中的地铁工程、市政工程排污管、输水 管等、越江隧道也在不断增加?。大量的地下隧道建设工程需要庞大的资金投 入及完善的施工设备,施工技术的好坏,施工工期的长短都对经济效益和环境效 益有着重大的影响,而且地下空问是个比较复杂的空间,地下工程掘进工作中常 常遇到很多未知的问题,又会因为各种原因受到很大的限制,所以面对速度、环 保、效益等问题,使用隧道掘进机无疑是最好的选择【。 隧道掘进机是一种大型的隧道施工设备,施工过程主要由掘进,排渣装运, 衬砌等工序组成【。按照地层条件和施工方法的不同,隧道掘进机可以分为三大 类:硬岩隧道掘进机,软岩隧道掘进机,顶管掘进机。其中硬岩隧道掘进机 简称,如图.所示。 掘进技术是目前世界上最为先进的硬岩隧道开挖技术。现如今掘进 技术不断向着机械化、电气化、液压、自控和智能一体化方向发展。施工过程中 广泛利用电子监测技术、传感遥控技术、电子信息技术等现代检测技术对隧道掘 进机掘进施工过程进行全面监控,使得掘进过程中掘进机能够始终处于比较理想 的工作状态,因此隧道掘进机的掘进速度一般是传统钻爆法的.倍。所以隧道 掘进机相对于传统钻爆法因具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和 降低劳动强度等优点而在工程实践中得到广泛引用。据统计,截止年年底, 世界上长度大于的隧道达多条,世界上隧道总的长度达以上, 近几年的隧道工程建设中有%.%的隧道是由进行挖掘的【】。如意大利和 法国之间的山铁路隧道,全长.,日本的青涵海底隧道,全长., 英吉利海峡隧道全长.;以及我国已建成的特长铁路隧道,如长梁山隧道,第一章绪论 全长,大瑶山隧道,全长,秦岭隧道全长。 图隧道掘进机 可以说在地下隧道建设施工过程中,隧道掘进技术有着其独特的优势,然而 也带来了不少亟待解决的问题,如在掘进过程中掘进速度的控制,总推力和总扭 矩的控制,刀具磨损控制等问题。其中刀具磨损问题更是掘进过程中首先 要解决的问题。据统计,施工过程中因刀具检修、更换和刀盘维修用去的时间约 占工程施工时间的三分之一左右,而刀具费用约占工程施工费用的三分之一?, 其中因刀具磨损而更换的刀圈数量多达%,所以刀具的磨损直接关系到 施工工期和工程造价。因此研究刀具磨损这一课题,对刀具寿命预估,刀 具更换周期的确定,掘进参数的调节,刀具寿命的延长,施工成本的降低有重要 的现实意义和实用价值。 .滚刀及磨损机理简介 是一种专门用于开挖地下硬岩隧道的大型高科技施工设备。掘进 过程是一个通过刀盘回转及推进,利用装在刀盘上的滚刀在岩面滚压破碎岩石, 从而使得隧道全断面一次成形的过程。由于滚刀一般用来破碎硬质岩石,所以滚 刀是掘进的重要工具和主要工具。 ..滚刀简介 滚刀是硬岩掘进机刀盘上用于破岩的刀具,根据形状不同,滚刀分为盘形滚第一章绪论 刀、球齿滚刀、楔形滚刀等。滚刀一般使用盘形滚刀。盘形滚刀一般由刀 圈,轮毂和轴组成,如图?所示。盘形滚刀的尽寸一般分英寸和 英寸两种,直径较大一般大于的安装英寸的滚刀,直径 较小一般小于的安装英寸的滚刀。 蔼 蠢 图.盘形滚刀 盘形滚刀按其外形的不同可分为单刃滚刀和双刃滚刀。盘形滚刀的刀圈为整 体结构,有单刃、双刃和多刃。单刃滚刀一般用在硬岩隧道的掘进过程中。双刃 滚刀是两把单刀组合而成,掘进机掘进硬岩时刀盘中心及周边常会安装双刃滚 刀,目的是为了减小更换刀具的次数【。实践证明单刃盘形滚刀的破岩效果最好, 且适应于软岩中的中硬岩和硬岩岩石单轴抗压强度.。 从盘形滚刀的发展来看,盘形滚刀截面主要有种类型,尖刃楔形截面,弧 刃楔形截面,近似常截面。随着刀具磨损,尖刃楔形截面滚刀会钝化而降低破岩 效率。常截面滚刀随着滚刀磨损能够基本处于恒定的断面尺寸,因此常截面滚刀 成为施工的首选刀到】。 盘形滚刀又依