全断面隧道掘进机刀盘系统现代设计理论及方法PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 全断面隧道掘进机（TBM）结构组成及工作原理 1

1.1.1 TBM发展历史 1

1.1.2 TBM结构组成及工作原理 6

1.1.3 TBM刀盘系统组成及关键技术 8

1.2 滚刀破岩机理及受力预测模型研究现状 9

1.2.1 滚刀与岩石相互作用机理 9

1.2.2 滚刀受力预测模型 10

1.2.3 滚刀受力现场实测 14

1.3 滚刀结构设计研究现状 15

1.3.1 滚刀磨损与制造工艺研究 15

1.3.2 滚刀结构设计研究 16

1.4 滚刀群布置设计研究现状 16

1.4.1 滚刀群刀间距布置设计 16

1.4.2 滚刀群平面布置设计 17

1.5 刀盘盘体结构设计研究现状 18

1.6 小结 19

参考文献 19

第2章 滚刀群破岩机理及滚刀群多阶段受力预测模型 23

2.1 岩石力学性质 23

2.2 岩石损伤现象及破坏机理 25

2.3 滚刀破岩机理 26

2.3.1 密实核破岩机理 26

2.3.2 基于密实核理论的滚刀群多阶段空间复合破碎岩石机理 28

2.3.3 基于密实核理论的滚刀群多阶段空间复合受力预测模型 30

2.3.4 总体模型的表达 39

2.4 小结 40

参考文献 40

第3章 强冲击载荷下TBM滚刀动态特性及新结构研究 41

3.1 滚刀的结构和承载形式分析 41

3.1.1 滚刀的结构形式和类型 41

3.1.2 滚刀的运动特性和力学特性 42

3.2 滚刀系统耦合动力学模型研究 42

3.2.1 滚刀弯-轴-摆耦合动力学模型 43

3.2.2 振动模型动力学参数的确定 47

3.2.3 动力学模型的求解 53

3.3 滚刀系统动态特性研究 57

3.3.1 滚刀系统固有特性分析 57

3.3.2 内外激励下系统的动态响应分析 59

3.3.3 侧向载荷系数对滚刀动态响应的影响 66

3.4 滚刀轴承寿命预测及修形设计 69

3.4.1 滚刀轴承动态载荷分析 70

3.4.2 滚刀轴承疲劳寿命 72

3.4.3 滚刀轴承修形设计 74

3.5 新型滚刀结构设计及性能评价 77

3.5.1 新型滚刀整体方案设计 78

3.5.2 新型滚刀关键结构件设计 79

3.5.3 新型滚刀装配工艺设计 83

3.5.4 新型滚刀性能评价 84

3.6 小结 88

参考文献 90

第4章 TBM刀群三维回转切削仿真与刀间距优化设计 91

4.1 不同切削模式下盘形滚刀切割岩石的三维模型 91

4.1.1 中心滚刀三维切削模型的构建 93

4.1.2 正滚刀三维切削模型的构建 93

4.1.3 边滚刀三维切削模型的构建 94

4.2 不同模式下刀间距优化设计 95

4.2.1 刀间距优化模型 95

4.2.2 数据统计 96

4.2.3 结果分析 100

4.3 安装角度优化设计 101

4.3.1 安装角度优化模型 101

4.3.2 数据统计 101

4.3.3 结果分析 102

4.4 不同模式下顺次角度优化设计 103

4.4.1 顺次角度优化模型 103

4.4.2 数据统计 104

4.4.3 结果分析 107

4.5 小结 108

参考文献 109

第5章 滚刀群与盘体支撑结构耦合布置设计 111

5.1 滚刀平面布置的形式 111

5.2 滚刀平面布置的技术要求 112

5.3 不同滚刀群布置规则模型 113

5.3.1 多螺旋线布置模式 113

5.3.2 动态星形布置模式 114

5.3.3 随机型布置模式 116

5.3.4 基于工程实例的不同布置规则对比分析 116

5.4 滚刀群布置与刀盘盘体结构耦合问题协同求解 125

5.4.1 刀具布置与刀盘盘体结构耦合关系分析 125

5.4.2 刀具布置与刀盘盘体结构耦合设计优化模型 128

5.4.3 刀具布置与刀盘盘体耦合问题的协同求解方法 133

5.4.4 工程实例验证分析 138

5.5 小结 142

参考文献 142

第6章 性能驱动的刀盘盘体结构设计 143

6.1 刀盘结构设计中的关键问题 143

6.2 基于出碴性能的刀盘出碴槽结构设计 143

6.2.1 离散元方法基本原理 144

6.2.2 岩碴离散元微观参数的选取 145

6.2.3 刀盘排碴系统离散元仿真模型 147

6.2.4 基于出碴性能的刀盘出碴槽设计方法 151

6.2.5 工程实例分析与出碴槽改进设计 157

6.3 刀盘支撑筋结构改进设计 160

6.3.1 支撑筋设计要求及改进思路 161

6.3.2 岩碴生成量及运动规律分析 163

6.3.3 选取L形支撑筋设计参数 169

6.3.4 新型支撑筋改进方案实例验证 172

6.4 刀盘盘体结构拓扑与参数优化设计 177

6.4.1 刀盘支撑筋结构拓扑优化设计 177

6.4.2 刀盘盘体结构主参数优化设计 183

6.5 基于可靠性的刀盘盘体结构轻量化设计 190

6.5.1 结构可靠度理论及刀盘的强度和刚度可靠度计算方法 190

6.5.2 基于支持向量机的TBM刀盘可靠度计算 196

6.5.3 基于可靠性的刀盘结构的优化设计方法 204

6.5.4 工程实例验证 212

6.6 小结 225

参考文献 226

第7章 面向可靠性和振动特性的TBM主轴承结构设计 229

7.1 主轴承载荷预测与应力谱编制 229

7.1.1 主轴承结构及承载形式分析 229

7.1.2 主轴承载荷谱计算模型 230

7.1.3 复合岩层下掘进机刀盘载荷历程模拟 231

7.1.4 主轴承静载荷分布分析 242

7.1.5 主轴承应力谱预测 250

7.2 主轴承系统疲劳可靠性分析模型 256

7.2.1 结构疲劳可靠性基础 257

7.2.2 结构强度非线性退化模型 259

7.2.3 主轴承疲劳可靠性模型 263

7.2.4 主轴承系统疲劳可靠性分析 267

7.3 主轴承系统振动特性分析 272

7.3.1 主轴承振动成因及危害分析 272

7.3.2 主轴承振动形式分析 273

7.3.3 主轴承动力学分析 274

7.4 主轴承结构参数优化设计模型 281

7.4.1 目标函数的建立 281

7.4.2 边界约束的确定 283

7.5 工程实例分析 285

7.5.1 刀盘掘进载荷仿真 285

7.5.2 主轴承应力谱编制 288

7.5.3 系统的疲劳可靠度预测 290

7.5.4 主轴承振动分析 293

7.5.5 主轴承结构参数优化设计 295

7.6 小结 298

参考文献 299

第8章 TBM刀盘系统振动特性分析与掘进现场测试研究 301

8.1 TBM刀盘系统非线性时变动力学模型 301

8.1.1 刀盘系统等效力学模型的建立 301

8.1.2 等效力学模型中主要参数的确定 304

8.1.3 刀盘系统分析模型的建立 307

8.2 TBM刀盘系统动力学方程求解及稳定性分析 313

8.2.1 求解方法原理及求解过程简介 313

8.2.2 刀盘系统固有特性研究 318

8.2.3 刀盘系统振动特性分析 320

8.2.4 稳定性分析 325

8.3 不同因素影响下的刀盘动力学行为 328

8.3.1 刀盘结构对刀盘动力学响应的影响 328

8.3.2 其他参数对刀盘动力学响应的影响 336

8.4 TBM刀盘掘进现场振动测试研究 340

8.4.1 刀盘掘进环境调研及传感器选型 340

8.4.2 刀盘现场检测系统构建 341

8.4.3 测试结果与理论模型相互验证 344

8.5 小结 347

参考文献 349

第9章 TBM刀盘设计系统开发 351

9.1 系统架构 351

9.2 系统功能模块划分 352

9.3 系统功能模块交互界面设计 353

9.3.1 项目信息 353

9.3.2 岩石参数 354

9.3.3 刀盘选型 355

9.3.4 刀具选型 355

9.3.5 刀间距优化 356

9.3.6 刀间距设计 357

9.3.7 施工预测 358

9.3.8 平面布置 359

9.3.9 结构分析 360

9.3.10 推力扭矩 361

9.4 工程实例验证 362

9.4.1 项目信息 362

9.4.2 岩石参数 362

9.4.3 刀盘选型 363

9.4.4 刀具选型 366

9.4.5 刀间距优化 366

9.4.6 刀间距设计 366

9.4.7 施工预测 369

9.4.8 平面布置 369

9.4.9 结构分析 376

9.5 小结 382

参考文献 383

致谢 385