韓佳霖

摘 要：在斷面巖石中工作的掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)，其推進(jìn)速度是不同的，推進(jìn)速度也是在巖石斷層工作當(dāng)中的一種重要的參數(shù)，如果推進(jìn)速度小于臨界速度就會(huì)對(duì)施工速度和效率有影響，不能按照預(yù)期完成工作，如果大于臨界速度就會(huì)對(duì)刀盤(pán)造成損傷，目前工作中常用的確定臨界單速度的方法是利用非線性彈簧模擬刀盤(pán)與巖石的相互作用，利用圖像處理得到了不同巖石層的推進(jìn)臨界速度，本文提供的數(shù)據(jù)僅主要是為安全施工提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：臨界速度；推進(jìn)速度；模擬仿真

中圖分類號(hào)：U455.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）06-0127-01

斷面巖石隧道挖掘機(jī)是用于地下挖掘工作的主要大型機(jī)械，被各個(gè)國(guó)家廣泛應(yīng)用于地鐵建設(shè)，城市建設(shè)的地下施工等，隨著我國(guó)的不斷發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)是對(duì)TBM需求最大的國(guó)家，但是在TBM工作的過(guò)程當(dāng)中面對(duì)不同的巖石，所出現(xiàn)的問(wèn)題也是很多的，這些問(wèn)題的出現(xiàn)對(duì)施工的進(jìn)度有著很大的影響。目前世界上有很多的國(guó)家都在研究TBM在不同地質(zhì)中的推進(jìn)速度，其中被應(yīng)用廣泛的是袁星責(zé)提出在一定的范圍內(nèi)，推進(jìn)速度隨巖石周圍單軸抗壓強(qiáng)度的增大而減小，這也是間接的為確定臨界速度提供一種理論方法。

1 理論模型

理論模型的依據(jù)是刀盤(pán)與巖石相互作用，由于刀盤(pán)是裝在TBM的前面，主要由滾刀，面板，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，在掘進(jìn)工作中，刀盤(pán)是旋轉(zhuǎn)貫入巖石中的，因?yàn)榈侗P(pán)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程產(chǎn)生的擠壓力大于巖石的本身強(qiáng)度，所以在巖石表面產(chǎn)生裂痕，并且隨著擠壓力的增大，微小的裂紋逐漸增大，并貫通巖石，形成巖石碎片，所以本文采用的非線性彈簧單元模擬TBM在掘進(jìn)過(guò)程中與巖石相互作用。在模型建立時(shí)應(yīng)充分考慮到實(shí)際的工作狀況，為模擬體現(xiàn)實(shí)際所以彈簧的受拉剛度系數(shù)應(yīng)為零，在建立公式時(shí)也應(yīng)考慮到巖石單軸的抗壓強(qiáng)度，所以采用羅克斯巴列的系數(shù)。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 理論方程

在TBM刀盤(pán)工作中，其掘進(jìn)過(guò)程是一種復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，根據(jù)力學(xué)的基本理論可以總結(jié)出其基本的三位彈性方程。因?yàn)榈侗P(pán)在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中是多自由度的系統(tǒng)所以本文將運(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算其瞬間進(jìn)而探究動(dòng)力穩(wěn)定性，實(shí)際的方法是給系統(tǒng)一個(gè)小的周期干擾，因?yàn)楦蓴_周期會(huì)對(duì)振幅產(chǎn)生影響，如果計(jì)算得到的振幅隨著時(shí)間的增加而不斷的增大，認(rèn)為系統(tǒng)的動(dòng)力失效，如果幅值隨著時(shí)間而減小，則動(dòng)力系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

2.2 有限元模型

TBM的有限元模型是以某種型號(hào)的刀盤(pán)作為研究的對(duì)象，利用數(shù)學(xué)軟件建立其有限元模型，為了方便刀盤(pán)整體的動(dòng)態(tài)過(guò)程，應(yīng)對(duì)有限元模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化TBM刀盤(pán)有限元模型。刀盤(pán)的直徑為6520mm，其面板上的裝配正滾刀數(shù)為23把，其中中心刀是7把，根據(jù)方便研究的理念模型去除了對(duì)結(jié)構(gòu)無(wú)影響的螺栓空，倒角等細(xì)微的部分。

2.3 結(jié)果計(jì)算

在進(jìn)行結(jié)果計(jì)算時(shí)應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)的變形效應(yīng)，應(yīng)采用完全算大對(duì)刀盤(pán)的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行非線性分析，考慮到計(jì)算精度與計(jì)算成本，應(yīng)采用二分法對(duì)平衡進(jìn)行控制，也能對(duì)收斂性起到約束性作用。在掘進(jìn)機(jī)工作的過(guò)程中，也能由于刀盤(pán)會(huì)產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)軸垂直的界面進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，為了探究這種震動(dòng)規(guī)律可以根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果繪制刀盤(pán)面板上最大位移點(diǎn)的數(shù)據(jù)曲線，這樣可以直觀的觀察其規(guī)律。

3 刀盤(pán)臨界速度的確定

推進(jìn)速度v和巖石單軸抗壓強(qiáng)度σc是TBM施工過(guò)程中極為重要的參數(shù)，其大小直接影響TBM的開(kāi)挖效率與施工安全。為此，本文將分析參數(shù)空間中刀盤(pán)的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。根據(jù)其不同參數(shù)組合下可以得出表一信息；由表1知：A1、A2兩點(diǎn)幅值增長(zhǎng)率小于0，刀盤(pán)面內(nèi)振動(dòng)逐步衰減，A3點(diǎn)幅值增長(zhǎng)率近似為0，刀盤(pán)面內(nèi)振動(dòng)趨于穩(wěn)定，A4、A5兩點(diǎn)幅值增長(zhǎng)率大于0，刀盤(pán)面內(nèi)振動(dòng)逐步發(fā)散，比較A1、A3、A4，在相同的UCS值下，隨著推進(jìn)速度的增大，刀盤(pán)面內(nèi)振動(dòng)增強(qiáng)，幅值增大比較A2、A3、A5，在相同的推進(jìn)速度下，隨著巖石UCS值的增大，刀盤(pán)面內(nèi)振動(dòng)增強(qiáng)，且比較以上計(jì)算結(jié)果，在參數(shù)空間（σc，v）中，存在某一點(diǎn)（A3），使得刀盤(pán)面內(nèi)振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)刀盤(pán)推進(jìn)臨界速度的分析采用了瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)方法，借助了非線性彈簧單元模擬滾刀與巖石的相互作用，對(duì)巖石隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)在運(yùn)動(dòng)下的動(dòng)態(tài)分析，總結(jié)出了刀盤(pán)動(dòng)力穩(wěn)定的臨界速度曲線。在制定巖石硬度下當(dāng)掘進(jìn)機(jī)的刀盤(pán)超過(guò)某一特定速度刀盤(pán)的振動(dòng)會(huì)變的強(qiáng)烈，隨著巖石的硬度增大，掘進(jìn)機(jī)的刀盤(pán)推進(jìn)臨界速度也會(huì)隨著相應(yīng)的數(shù)值下降。

參考文獻(xiàn)

[1]孫維駿.基于案例推理的區(qū)間屬性相似度研究[J].企業(yè)文化，2015.

[2]侯建興.高速切削中實(shí)例相似度及其應(yīng)用的研究[J].科技與企業(yè)，2016.