【摘 要】
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盘形滚刀作为TBM破岩的主要刀具,其安装方式直接影响载荷和掘进效率,侧向载荷导致刀刃发生偏磨,垂直载荷和滚动载荷与比能耗密切相关。本文从滚刀安装方式和试验机设计两方面进行研究,分别给出滚刀前倾和外倾的最佳安装角度并设计一台用于验证安装理论的破岩试验机。研究内容如下:（1）分析滚刀破岩机理,并归纳总结滚刀破岩载荷预测公式和比能耗公式,根据破岩机理和载荷预测公式对比分析滚刀三种安装方式的破岩载荷。（2
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盘形滚刀作为TBM破岩的主要刀具,其安装方式直接影响载荷和掘进效率,侧向载荷导致刀刃发生偏磨,垂直载荷和滚动载荷与比能耗密切相关。本文从滚刀安装方式和试验机设计两方面进行研究,分别给出滚刀前倾和外倾的最佳安装角度并设计一台用于验证安装理论的破岩试验机。研究内容如下:（1）分析滚刀破岩机理,并归纳总结滚刀破岩载荷预测公式和比能耗公式,根据破岩机理和载荷预测公式对比分析滚刀三种安装方式的破岩载荷。（2）采用HYPERMESH和ANSYS/LS-DYNA对滚刀进行三种安装方式的非线性破岩仿真,并通过LS-PREPOST和MATLAB分别对传统正安装、前倾安装和外倾安装的破岩载荷和比能耗进行对比分析,分别确定滚刀前倾和外倾安装的最佳安装倾角,完成滚刀安装优化。（3）根据滚刀三种安装方式破岩的仿真结果和预测公式的计算值给定试验机设计的加载参数。设计一台满足滚刀三种安装方式的回转切割破岩试验机,并用UG软件进行零部件建模和总装。（4）采用ANSYS软件对回转切割破岩试验机进行力学分析,包括试验机整体的静力学分析、模态分析和关键零部件的力学分析。试验机和关键零部件的力学分析用来校核强度和刚度,模态分析给出试验机的固有频率和对应振型,避免试验机在工作时发生共振。通过对三种安装方式的理论与仿真分析,发现恰当的前倾安装可使侧向载荷接近0kN,避免刀刃发生偏磨,恰当的外倾安装可实现最小比能耗破岩。并完成了用于验证滚刀安装优化的回转切割破岩试验机的结构设计。
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