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某型土压平衡式盾构机刀盘的力学分析与结构优化
近年来,作为地下隧道的主要挖掘工具,盾构机正在我国铁道、公路、地铁工程的建设中发挥着难以替代的作用。由于盾构机的掘进效率在很大程度上受到其刀盘结构的影响,因此对各型盾构机的刀盘结构进行力学分析与优化设计就有着非常重要的意义。
本文以兰州地铁线路施工所用某型土压平衡式盾构机的刀盘结构为研究对象,通过对其在正常工况、最大推力工况以及静启动脱困工况下静强度、刚度、疲劳强度、固有频率等力学性能参数的分析,提出了针对其结构进行改进优化的建议。本文首先应用ANSYS Workbench软件分析了刀盘结构在正常工况下的力学性能。
根据所得出的等效应力、总变形量与名义疲劳寿命云图,判定出该型盾构机刀盘上静强度与疲劳强度最弱的部位位于牛腿靠近面板背面的外角点位置,而其刚度相对较弱的部位则位于两块未开出渣口面板的外边缘。其次,针对现用刀盘存在的不足提出了改进设计方案。
通过对改进后的刀盘结构进行分析,发现在刀盘开口率从35%变至37%的情况下,该刀盘强度最弱部位在正常工况下的静强度与名义疲劳寿命可分别提升37%与221%,而面板外边缘处的变形量则可降低约15% ...
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