摘要：研究了在一定开口面积下,TBM刀盘的最优出碴槽布置方式.采用离散元方法(DEM)建立刀盘排碴仿真模型,以出碴槽结构尺寸、数量等参数为变量进行TBM岩碴流动性仿真实验.在出碴槽开口面积相同的前提下,提出了基于岩碴流动性的出碴槽设计规则:1尽可能采用对称式布置;2尽可能使用长、短出碴槽交替布置的方式;3适当减小长出碴槽的开口宽度以提高出碴过程的稳定性.以"引洮"工程为例进行了验证,结果表明,与原出碴槽结构相比,采用改进方案的刀盘的出碴效率和出碴稳定性分别提高了15.08%和11.97%.

摘要：刀盘是全断面隧道掘进机(Tunnel boring machine,TBM)的关键部件,TBM刀盘系统设计直接关系掘进效率和可靠性。刀盘系统设计的关键是复杂岩石边界下刀群布置设计与刀盘盘体结构设计,二者相互耦合,相互影响。分析刀群与盘体支撑结构之间空间位置耦合以及支撑结构与刀盘强度刚度之间的非线性耦合关系,建立刀群与盘体支撑结构耦合布置优化模型,提出多子系统协同进化的刀具适应性布置与盘体结构耦合设计方法。以引洮工程为例进行验证,结果表明:支撑筋初始安装角与刀盘强度、刚度之间存在非线性函数关系,多子系统协同进化方法求解出的刀群与支撑筋耦合布置方案的最大等效应力、最大变形量、不平衡力矩、不平衡力、顺次角度等指标相比原方案降低了30%以上,以此证明提出的耦合优化模型及其求解方法的可行性和有效性,可为TBM刀盘系统设计提供一定的借鉴与方法支撑。

摘要：掘进机主驱动轴承是隧道掘进机主驱动系统的关键部件,复杂恶劣的工作环境对其提出了高可靠性的要求。为了研究主轴承的载荷谱编制方法,以复杂组合地层和刀盘刀具布局模型为基础,建立了刀盘动态载荷的仿真方法。将其作为主轴承的动态载荷边界,采用有限元仿真和BP神经网络相结合的方法,建立了TBM主轴承的载荷谱预测模型。仿真结果表明:在确定的掘进里程中,主驱动轴承的推力波动服从正态分布统计,倾覆力矩服从威布尔分布统计,滚子载荷服从对数正态分布。该载荷谱预测模型为主驱动轴承的设计校核提供了参考,同时也可以作为其疲劳可靠性分析的载荷条件。

摘要：刀盘是TBM的关键部件,刀盘的性能对TBM掘进性能影响很大。刀盘在掘进时承受的重载冲击扭矩和推力将导致剧烈振动,引起刀盘寿命下降甚至破坏以致影响掘进效率。基于ADAMS多体系统动力学仿真平台,建立了复杂因素影响下"辽西北"引水工程TBM主机系统的动力学模型,探讨了刀盘转速、刀盘拓扑形式和小齿轮速度波动与不同步等因素对刀盘振动性能的影响规律。仿真结果表明:为了减小刀盘振动,在设计TBM主机时应采取"铜钱"型拓扑形式,在控制TBM时应尽量避免驱动齿轮转速波动和不同步,在较低的刀盘转速下进行掘进。

摘要：隧道掘进机(TBM)是用于隧道掘进的大型复杂工程机械,刀盘是TBM的关键部件承载数十把滚刀与岩石作用。掘进时的反力和扭矩作用在刀盘上容易产生裂纹降低寿命,刀盘的寿命制约着TBM的寿命。为了研究刀盘的寿命,提出了综合运用多体动力学和有限元计算刀盘动应力的一种方法并使用此方法计算了刀盘的动应力,计算结果与实测数据的均值误差仅为13%。对动应力进行统计计数并按照幅值的分布规律将其分为八级,结合材料的应力-寿命曲线对刀盘裂纹萌生寿命进行了预测,预测结果表明刀盘的裂纹萌生寿命为84天。裂纹萌生寿命预测结果可以为TBM刀盘的抗疲劳设计提供参考,也可以为安排施工检修周期提供依据。

摘要：为研究滚刀振动特性,建立了滚刀垂向和轴向振动模型,求出了滚刀上三个节点在垂直和轴向的动力学参数值,得到了滚刀各节点振动的位移~时间曲线。研究发现,节点2即轴承的连接等效刚度增大一倍,各节点振动幅值降低约25%;当节点1即刀圈的等效质量与外载荷分别增大一倍,各节点振动幅值均增大一倍,因此要降低滚刀振幅需要增大圆锥滚子轴承刚度、减小刀圈质量（保证刀圈强度）、降低外载荷。

摘要：复合型盾构机能同时切削软土和硬岩的特性使得复合型盾构机被广泛应用。刀盘作为复合型盾构机的关键部件,其应力分布是否合理,工作时是否发生共振,都是刀盘是否工作在安全范围内的关键。以大连刀盘为基础,分析了两种工况下刀盘的应力分布和最大变形,同时还考虑了刀盘可能会发生共振,对刀盘进行模态分析和谐响应分析,模态分析得到了刀盘的固有频率和前10阶振型图,谐响应分析得到了刀盘两处幅值最大的危险点。进而基于workbench平台建立了以刀盘强度和刚度为优化目标的刀盘支撑筋布置优化设计模型,获得了刀盘强度刚度与刀盘支撑筋位置之间的映射关系,采用多目标优化方法进行了有效求解,得到了等效应力和变形最小时的最优支撑筋截面直径参数。