XTR260懸臂式硬巖隧道掘進機截割頭特性分析與設(shè)計研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

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)等重大項目日益增多,其中隧道工程量巨大,隧道掘進設(shè)備需求量劇增。作為掘進巖巷的主力軍,懸臂式掘進機通用性強,作業(yè)范圍廣,在降低勞動強度,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)懸臂式掘進機主要用于煤礦井下巷道施工,隧道專用的懸臂式硬巖掘進機產(chǎn)品種類較少,而現(xiàn)有礦用掘進機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機市場及技術(shù)壟斷,懸臂式硬巖隧道掘進機的研發(fā)迫在眉睫。
  截割頭是掘進機掘進巖巷的核心部件,它對整機工作的可靠性、效率、經(jīng)濟性等都有重要影響,其性能好壞是評價掘進機性能的重要依據(jù)。所以,截割頭的設(shè)計與研究是在掘進機研發(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)計方法及路線,造成截齒載荷、截齒載荷差異及載荷波動較大,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機截割頭的設(shè)計與研究不足,缺乏足夠的理論依據(jù)和試驗指導(dǎo),在硬巖掘進機截割頭的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計、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機截割頭為研究對象,以堅固系數(shù) f=12、裂隙不發(fā)育的巖石為截割對象,采取 Pro/E-Ansys-LS_Dyna3D聯(lián)合建模求解的技術(shù)手段,針對上述問題展開了相關(guān)研究工

4、作,主要包括以下內(nèi)容:
  (1)研究了截割頭的結(jié)構(gòu)特征及其對截割性能的影響,對截割頭的幾何結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計,并分析了截割頭的運動特性;研究了巖石的力學(xué)特性及巖石截割的機理,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)值模擬的可靠進行及結(jié)果真實準確。
 ?。?)對截齒截割參

5、數(shù)及其對截割性能的影響進行了研究,明確了截割性能的評價指標:截割阻力及其波動系數(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)計了單截齒截割巖石的正交試驗,分析了各因子對截割性能的影響,確定了單截齒截割參數(shù)的最佳值;從時域、頻域及相關(guān)性的角度,對最佳截割參數(shù)下截齒所受的載荷進行了分析,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,對截齒的排列方式進行了詳細探討,分析了不同截齒排列方式的特點,明確了每

6、線齒數(shù)和截齒間的相對位置;分析了螺旋線相關(guān)參數(shù)對截割性能的影響,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,對多截齒截割性能進行了研究,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)計出了適用于硬巖隧道掘進的XTR260掘進機截割頭。
  該論文有圖86幅,表22個,參考文獻8

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