發(fā)布時(shí)間：2019-06-28 16:35

【摘要】：隨著城市軌道交通建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展,土壓平衡盾構(gòu)工法憑借自身的優(yōu)越性在城市地鐵隧道施工中扮演著越來越重要的角色。長(zhǎng)期以來,盾構(gòu)刀具的快速磨耗成為制約盾構(gòu)長(zhǎng)距離、快速、連續(xù)掘進(jìn)的重要難題。特別是在砂性地層中石英等磨蝕性礦物含量高,導(dǎo)致刀具嚴(yán)重磨損,容易引起刀盤扭矩過大、掘進(jìn)效率低下,甚至造成無法繼續(xù)掘進(jìn)而被迫開艙換刀。研究砂性地層條件下盾構(gòu)刀具的切削工作機(jī)理和失效模式,獲得砂性土磨蝕特性主控因素下的影響規(guī)律,提出盾構(gòu)刀具減磨防護(hù)措施,對(duì)于延長(zhǎng)盾構(gòu)刀具有效服役期限,保障盾構(gòu)刀具長(zhǎng)距離、快速、安全掘進(jìn)意義重大。本文以盾構(gòu)施工中應(yīng)用廣泛、數(shù)量眾多、易于磨耗的切刀為研究對(duì)象,對(duì)其運(yùn)動(dòng)特性、切削工作機(jī)理及失效模式進(jìn)行詳細(xì)分析,對(duì)影響刀具磨損的諸多因素進(jìn)行了歸納。針對(duì)常見的砂性土體地層,探究顆粒級(jí)配、含水率、礦物組分等對(duì)砂性土體磨蝕性的影響,并通過正交試驗(yàn)分析施工參數(shù),研究盾構(gòu)刀具減磨及安全防護(hù)措施。主要工作總結(jié)如下:(1)分析了盾構(gòu)切刀的軸向、周向及切深等運(yùn)動(dòng)特性,揭示了盾構(gòu)切刀的工作機(jī)理和失效模式,指出盾構(gòu)刀具在砂性地層中以磨粒磨損為主。通過ANSYS有限元軟件對(duì)石英等硬質(zhì)磨粒壓入刀具表面并在金屬材料表層滑動(dòng)的過程進(jìn)行仿真模擬,分析表層金屬材料變形過程中的應(yīng)力應(yīng)變特性,研究磨粒與刀具微觀接觸力學(xué)關(guān)系。(2)開展土體磨蝕性試驗(yàn),分析砂性土體顆粒級(jí)配、含水率及礦物組分對(duì)其磨蝕特性的影響。磨蝕系數(shù)與砂性土細(xì)粒含量、限制粒徑具有很好的指數(shù)相關(guān)性,隨含水率先增大后減小,并在砂土最優(yōu)含水率附近達(dá)到峰值,與礦物組分的平均Rosiwal硬度值呈線性相關(guān)性。(3)依據(jù)實(shí)際工程背景選擇因素水平,對(duì)盾構(gòu)刀具磨損量產(chǎn)生影響的關(guān)鍵施工參數(shù)土艙壓力、轉(zhuǎn)速、泡沫注入比進(jìn)行正交試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示在選定的幾個(gè)參數(shù)中土艙壓力對(duì)磨損量的影響最大,其次是轉(zhuǎn)速,最后是泡沫注入比。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了控制推力、調(diào)整轉(zhuǎn)速、協(xié)調(diào)壓力、配合改良的多施工參數(shù)聯(lián)動(dòng)控制的盾構(gòu)刀具減磨措施。
[Abstract]:With the large-scale development of urban rail transit construction, the earth pressure balance shield method plays a more and more important role in the construction of urban subway tunnel because of its own advantages. For a long time, the fast wear of shield cutting tools has become an important problem that restricts the long distance, fast and continuous excavation of shield machines. Especially in sand formation, quartz and other erosive minerals are high, which leads to serious wear of cutting tools, easy to cause excessive torque of cutter head, low efficiency of excavation, and even unable to continue digging and forced to open the cabin to change knives. This paper studies the cutting mechanism and failure mode of shield tools under the condition of sand formation, obtains the influence law under the main control factors of sand soil erosion characteristics, and puts forward the protective measures for reducing the wear of shield tools, which is of great significance for prolonging the effective service period of shield tools, ensuring the long distance, fast and safe driving of shield tools. In this paper, the cutter, which is widely used in shield construction and is easy to wear, is taken as the research object, its motion characteristics, cutting mechanism and failure mode are analyzed in detail, and many factors affecting tool wear are summarized. Aiming at the common sand soil strata, the effects of particle gradation, water content and mineral composition on the wear and corrosion of sand soil are investigated, and the construction parameters are analyzed by orthogonal test to study the wear reduction and safety protection measures of shield cutting tools. The main work is summarized as follows: (1) the axial, circumferential and deep motion characteristics of shield cutter are analyzed, the working mechanism and failure mode of shield cutter are revealed, and it is pointed out that abrasive wear is the main tool in sand formation. The process of hard abrasive particles such as quartz pressing into the surface of the tool and sliding on the surface of the metal material is simulated by ANSYS finite element software. The stress and strain characteristics of the surface metal material during deformation are analyzed, and the relationship between the abrasive particles and the micro-contact mechanics of the tool is studied. (2) the soil erosion test is carried out to analyze the effects of sand soil particle size, moisture content and mineral components on its wear characteristics. The erosion coefficient has a good exponential correlation with the fine particle content of sandy soil, and decreases with the increase of water cut, and reaches the peak near the optimal moisture content of sandy soil, which is linearly correlated with the average Rosiwal hardness of mineral components. (3) according to the level of selected factors in the actual engineering background, the orthogonal test is carried out on the key construction parameters, such as soil cabin pressure, rotating speed and foam injection ratio, which affect the wear of shield cutting tools. The analysis results of the test data show that the soil cabin pressure has the greatest influence on the wear rate among the selected parameters, followed by the rotating speed, and finally the foam injection ratio. According to the experimental results, the measures to control the thrust, adjust the rotating speed, coordinate the pressure and cooperate with the improved multi-construction parameter linkage control are put forward to reduce the wear of shield cutting tools.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U455.43

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;擴(kuò)、鉸聯(lián)合刀具[J];機(jī)床與工具;1956年18期

2 朱世和，，高東;刀具配置的逐層優(yōu)化方法研究[J];中國(guó)機(jī)械工程;1995年S1期

3 朱世和，高東;實(shí)現(xiàn)刀具優(yōu)化配置的方法研究[J];組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù);1995年04期

4 趙秋榮;不同刀具材料的基本性能與評(píng)價(jià)[J];華北工學(xué)院學(xué)報(bào);1995年01期

5 袁人煒,陳明;高速切削加工中刀具材料的選用[J];機(jī)械工程師;2000年02期

6 張海霖;加工大直徑孔的刀具[J];機(jī)械工藝師;2001年01期

7 于啟勛;刀具材料的歷史進(jìn)展與未來展望[J];機(jī)械工程師;2002年01期

8 方斌,黃傳真,鄒斌,何林,孫靜,王文明;硬切削中刀具材料的選擇[J];機(jī)械工程師;2002年11期

9 石井康雄;從降低加工成本的角度來考慮刀具[J];現(xiàn)代制造;2002年19期

10 鄧建新,丁澤良,趙軍,王景海,艾興;自潤(rùn)滑刀具材料研究綜述[J];工具技術(shù);2002年12期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 梁道宇;李炳新;;中國(guó)刀具歷史發(fā)展簡(jiǎn)論[A];九省二區(qū)第三屆泛珠三角先進(jìn)制造論壇論文集[C];2006年

2 李友生;鄧建新;石磊;;加工鈦合金刀具材料的抗氧化性能研究[A];《硅酸鹽學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊50周年暨中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

3 張慶;;刀具材料的應(yīng)用和發(fā)展[A];第十五屆華東地區(qū)熱處理年會(huì)暨華東地區(qū)熱處理年會(huì)三十周年紀(jì)念活動(dòng)論文摘要集[C];2006年

4 閆利平;;淺析刀具磨損[A];第十五屆全國(guó)汽車檢測(cè)技術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

5 劉戰(zhàn)強(qiáng);王遵彤;萬熠;艾興;;基于實(shí)例推理的刀具材料選擇系統(tǒng)的研究[A];制造業(yè)與未來中國(guó)——2002年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2002年

6 鄧建新;曹同坤;艾興;;自潤(rùn)滑刀具的設(shè)計(jì)及其減摩機(jī)理研究[A];2005年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2005年

7 張曉饒;梁鑫;;提高油田井下鉆銑刀具效率及壽命的研究[A];2010全國(guó)機(jī)械裝備先進(jìn)制造技術(shù)(廣州)高峰論壇論文匯編[C];2010年

8 黃傳真;徐立強(qiáng);王隨蓮;劉增文;;金屬陶瓷刀具材料晶粒生長(zhǎng)模型[A];2005年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2005年

9 戚正風(fēng);任瑞銘;;國(guó)內(nèi)外刀具材料發(fā)展現(xiàn)狀[A];第九次全國(guó)熱處理大會(huì)論文集（一）[C];2007年

10 韓建華;宦鴻信;劉植群;;刀具鍍膜的進(jìn)展與對(duì)策[A];上海市真空學(xué)會(huì)成立20周年暨第九屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 劉峰;國(guó)產(chǎn)刀具要在高和專上下功夫[N];消費(fèi)日?qǐng)?bào);2006年

2 本報(bào)記者 楊明;龍頭企業(yè)喪失話語權(quán) 刀具行業(yè)誰主沉��？[N];中國(guó)工業(yè)報(bào);2005年

3 ;高效刀具：現(xiàn)代制造的另一個(gè)話語權(quán)[N];機(jī)電商報(bào);2005年

4 本報(bào)記者 楊紅英;面對(duì)金融危機(jī) 國(guó)產(chǎn)刀具行業(yè)應(yīng)看到機(jī)遇[N];中國(guó)工業(yè)報(bào);2008年

5 本報(bào)記者 賀延芳;“洋刀”搶灘,刀具大國(guó)如何鍛造中國(guó)“寶刀”？[N];中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào);2012年

6 劉戰(zhàn)強(qiáng) 作者系山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、博導(dǎo);我們需要什么樣的刀具人才[N];機(jī)電商報(bào);2005年

7 林朝平;應(yīng)大力推廣綠色刀具[N];中國(guó)工業(yè)報(bào);2003年

8 張麗娜;洋刀霍霍中國(guó)刀企還要磨刀幾回？[N];消費(fèi)日?qǐng)?bào);2006年

9 炳楨;加快刀具關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用[N];中國(guó)工業(yè)報(bào);2003年

10 太原東山煤礦有限責(zé)任公司 王志榮;自潤(rùn)滑刀具材料研究[N];山西科技報(bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉欣;表面微織構(gòu)WC-10Ni_3Al刀具切削Ti6Al4V的磨損特性研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 郭宏;面向制造的刀具資源數(shù)據(jù)服務(wù)研究[D];北京理工大學(xué);2015年

3 馬利平;微細(xì)刀具脈沖磁場(chǎng)強(qiáng)化處理方法及機(jī)理研究[D];北京理工大學(xué);2015年

4 兀偉;納米刃口刀具制備及切削機(jī)理的研究[D];天津大學(xué);2014年

5 范夢(mèng)超;非圓球頭整體銑刀刃形設(shè)計(jì)制造及其刀具路徑生成算法[D];哈爾濱理工大學(xué);2016年

6 丁志;粉末冶金材料高速切削加工性能研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2016年

7 徐衛(wèi)剛;變速箱齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線的刀具更換決策方法研究[D];重慶大學(xué);2016年

8 高宏力;切削加工過程中刀具磨損的智能監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2005年

9 王蘇安;面向全壽命周期管理的刀具直接標(biāo)識(shí)與信息追蹤技術(shù)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

10 宋文龍;微池自潤(rùn)滑刀具的研究[D];山東大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 袁昊成;砂性地層土壓平衡盾構(gòu)刀具磨損試驗(yàn)研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2017年

2 江詠平;基于跨尺度的切削鈦合金刀具磨損機(jī)理研究[D];天津理工大學(xué);2015年

3 錢德成;基于MES的刀具選擇優(yōu)化及管理系統(tǒng)研究與開發(fā)[D];江南大學(xué);2015年

4 崔洪胤;微織構(gòu)刀具骨切削過程的仿真和試驗(yàn)研究[D];天津理工大學(xué);2015年

5 于東民;玻璃纖維/碳纖維芳綸紙蜂窩板銑削實(shí)驗(yàn)研究[D];集美大學(xué);2015年

6 王文凱;軸向車銑鈦合金刀具磨損機(jī)理的研究[D];沈陽理工大學(xué);2015年

7 黃亮;模具鋼金剛石切削時(shí)冷卻潤(rùn)滑條件對(duì)刀具磨損影響的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

8 彭鑫榮;刀具材料及切削參數(shù)對(duì)木材切削表面質(zhì)量影響研究[D];南京林業(yè)大學(xué);2015年

9 陳碧沖;微織構(gòu)刀具的設(shè)計(jì)與切削性能試驗(yàn)研究[D];北京理工大學(xué);2015年

10 劉豐文;刀具全生命周期信息管理技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2507450