XTR260懸臂式硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)截割頭特性分析與設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，國內(nèi)水利、交通、資源開發(fā)等重大項(xiàng)目日益增多，其中隧道工程量巨大，隧道掘進(jìn)設(shè)備需求量劇增。作為掘進(jìn)巖巷的主力軍，懸臂式掘進(jìn)機(jī)通用性強(qiáng)，作業(yè)范圍廣，在降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率，縮短工程周期等方面效果顯著，已廣泛用于礦山采掘、水利建設(shè)、隧道交通、城市地鐵等重大工程建設(shè)。目前，國內(nèi)懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要用于煤礦井下巷道施工，隧道專用的懸臂式硬巖掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品種類較少，而現(xiàn)有礦用掘進(jìn)機(jī)無法直接用于隧道施工，難以滿足國內(nèi)隧道施工需

2、求。為了適應(yīng)日益增長的隧道施工需求，突破國外懸臂式硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)市場(chǎng)及技術(shù)壟斷，懸臂式硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)的研發(fā)迫在眉睫。
　　截割頭是掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)巖巷的核心部件，它對(duì)整機(jī)工作的可靠性、效率、經(jīng)濟(jì)性等都有重要影響，其性能好壞是評(píng)價(jià)掘進(jìn)機(jī)性能的重要依據(jù)。所以，截割頭的設(shè)計(jì)與研究是在掘進(jìn)機(jī)研發(fā)中的重中之重，而在這方面，國內(nèi)尚缺乏科學(xué)、系統(tǒng)的截割頭設(shè)計(jì)方法及路線，造成截齒載荷、截齒載荷差異及載荷波動(dòng)較大，截齒壽命低且不一，能耗高，效率低下等不利

3、的結(jié)果。隧道專用的硬巖掘進(jìn)機(jī)截割頭的設(shè)計(jì)與研究不足，缺乏足夠的理論依據(jù)和試驗(yàn)指導(dǎo)，在硬巖掘進(jìn)機(jī)截割頭的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、單截齒截割參數(shù)、截齒布置及關(guān)鍵參數(shù)的研究方面存在不少待解決的問題。
　　為了降低截齒損耗及能耗、提高截割效率，本文以 XTR260懸臂式硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)截割頭為研究對(duì)象，以堅(jiān)固系數(shù) f=12、裂隙不發(fā)育的巖石為截割對(duì)象，采取 Pro/E-Ansys-LS_Dyna3D聯(lián)合建模求解的技術(shù)手段，針對(duì)上述問題展開了相關(guān)研究工

4、作，主要包括以下內(nèi)容：
　?。?）研究了截割頭的結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)截割性能的影響，對(duì)截割頭的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并分析了截割頭的運(yùn)動(dòng)特性；研究了巖石的力學(xué)特性及巖石截割的機(jī)理，建立了鎬形截齒截割巖石的數(shù)學(xué)模型。
　?。?）研究了模擬截割巖石的基本理論，介紹了Pro/E-Ansys-LS_Dyna3D聯(lián)合建模求解技術(shù)的流程，深入研究了求解技術(shù)中的關(guān)鍵問題，確保巖石截割數(shù)值模擬的可靠進(jìn)行及結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確。
　?。?）對(duì)截齒截割參

5、數(shù)及其對(duì)截割性能的影響進(jìn)行了研究，明確了截割性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)：截割阻力及其波動(dòng)系數(shù)、截割比能耗，確定了單截齒截割性能的主要影響因子；設(shè)計(jì)了單截齒截割巖石的正交試驗(yàn)，分析了各因子對(duì)截割性能的影響，確定了單截齒截割參數(shù)的最佳值；從時(shí)域、頻域及相關(guān)性的角度，對(duì)最佳截割參數(shù)下截齒所受的載荷進(jìn)行了分析，探知了單截齒截割巖石的載荷特性。
　?。?）在明確截齒布置原則的基礎(chǔ)上，對(duì)截齒的排列方式進(jìn)行了詳細(xì)探討，分析了不同截齒排列方式的特點(diǎn)，明確了每

6、線齒數(shù)和截齒間的相對(duì)位置；分析了螺旋線相關(guān)參數(shù)對(duì)截割性能的影響，確定了螺旋升角的取值；研究了影響截齒布置及整體截割性能的重要參數(shù)──截線距，從理論上分析了截線距的取值；建立了不同截齒排列方式的多截齒截割數(shù)值模擬模型，對(duì)多截齒截割性能進(jìn)行了研究，確定了兩種排列方式下截線距的最佳值；從而確定了截齒的布置方案。
　　根據(jù)以上研究結(jié)果，設(shè)計(jì)出了適用于硬巖隧道掘進(jìn)的XTR260掘進(jìn)機(jī)截割頭。
　　該論文有圖86幅，表22個(gè)，參考文獻(xiàn)8