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        某項目刀盤改造方案強(qiáng)度計算分析

        2016-05-14 14:35:11成銘
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2016年5期

        成銘

        摘 要:本文根據(jù)用戶要求,對某項目的刀盤進(jìn)行改造,通過對三種方案的對比分析,最終確定合理的改造方案。

        關(guān)鍵詞:盾構(gòu)機(jī);刀盤改造;材料

        中圖分類號:U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī),簡稱盾構(gòu)機(jī),是一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械,現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體,具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等功能,涉及地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測量等多門學(xué)科技術(shù),而且要按照不同的地質(zhì)進(jìn)行“量體裁衣”式的設(shè)計制造,可靠性要求極高。盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。

        盾構(gòu)機(jī)問世至今已有近180年的歷史,其始于英國,發(fā)展于日本、德國。相對而言,我公司在該領(lǐng)域還是新人,但在近十年的努力下,又與法國NFM合作,已為廣大用戶生產(chǎn)了近千臺盾構(gòu)機(jī),積累了豐富的設(shè)計制造經(jīng)驗,現(xiàn)可以根據(jù)不同的地質(zhì)條件和不同的工程對象,以及使用單位的不同要求,設(shè)計、生產(chǎn)出不同直徑、不同類型、以及有特殊要求的盾構(gòu)機(jī),以滿足用戶的需要,其工藝和設(shè)備先進(jìn)。

        1 方案提出

        本文便是根據(jù)用戶要求,針對昆明某項目盾構(gòu)機(jī)刀盤的結(jié)構(gòu)形式及昆明地質(zhì)狀況,結(jié)合目前我公司類似刀盤的使用情況,欲對刀盤隔柵進(jìn)行改造,主要是割掉部分格柵以增加開口率,提高刀盤出土效率。

        可有以下三種方案,現(xiàn)對這三種方案進(jìn)行刀盤強(qiáng)度計算:

        第一種方案,即是把刀盤主輻條和副輻條的格柵全部割掉,如圖1所示。

        第二種方案,即是把刀盤主輻條的第一和第三格柵以及副輻條的內(nèi)側(cè)輻條割掉,如圖2所示;

        第三種方案,即是保留主輻條的第二格柵,保留副輻條的外側(cè)格柵并由起初的560mm寬,改造為160mm寬(從前割掉160mm,從后割掉240mm),如圖3所示。

        2 刀盤的材料屬性及應(yīng)力準(zhǔn)則

        根據(jù)NFM提供的Q345B的材料參數(shù)進(jìn)行計算,各種參數(shù)如下:

        合金鋼Q345B

        楊氏模量E:210000MPa

        泊松比ν:0.3

        密度ρ:7850kg/m3

        屈服強(qiáng)度:sp0.2min=275MPa

        應(yīng)力準(zhǔn)則

        根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)對于正常加載,最大范×米賽斯等效應(yīng)力:σa=0.67σp0.2min。

        根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)對于危險工況加載,最大范×米賽斯等效應(yīng)力:σa= 0.9σp0.2min。

        3 刀盤加載

        刀盤的加載見表1。

        4 結(jié)果分析

        利用有限元軟件計算了各種方案的應(yīng)力及變形情況(附圖),結(jié)果見表2。

        5 結(jié)論

        由表2可以看出,方案一是不滿足設(shè)計要求的,而方案二和方案三都滿足設(shè)計要求,但是方案三的開口率比方案二的大,不容易生成泥餅,掘進(jìn)速度更快,因此從施工和強(qiáng)度方面綜合考慮,建議昆明項目按方案三對刀盤上的隔柵進(jìn)行改造。

        6 展望

        用戶非常滿意這次的改造方案及結(jié)果,而且通過這次有針對性的刀盤改造,再一次提升了我廠的設(shè)計及生產(chǎn)能力,奠定了應(yīng)對未來各種難題的信心。期望在盾構(gòu)機(jī)未來的發(fā)展史中:如盾構(gòu)機(jī)的有效密封,確保開挖面的穩(wěn)定、控制地表隆起及塌陷在規(guī)定范圍之內(nèi),刀具的使用壽命以及在密封條件下的刀具更換,對一些惡劣地質(zhì)如高水壓條件的處理技術(shù)等方面的探索和研究解決,能有我們的一份貢獻(xiàn)。

        參考文獻(xiàn)

        [1]唐經(jīng)世,唐元寧.掘進(jìn)機(jī)與盾構(gòu)機(jī)第2版[M].北京:中國鐵道出版社.

        [2]張冰.地鐵盾構(gòu)施工[M].北京:人民交通出版社,2011.

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