基于改进CSM模型的硬岩掘进机刀盘危险点应力分析方法

摘要

TBM刀盘受载后的危险点应力获取缺少直接的测量方法，工况复杂的情况下也难以测量，这就制约了刀盘载荷分析在刀盘寿命分析及其再制造方向上的应用问题，为此本文提出了一种基于改进CSM模型的TBM刀盘危险点应力分析方法．在CSM模型基本压力假设的基础上，提出了滚刀刀刃侧面基本压力的概念，推导计算了滚刀刀刃侧面受到的压力和摩擦力，并将二者逐个引入CSM模型中的三向力的计算，建立了改进的CSM模型；通过与公开的滚刀载荷实验数据对比，计算得到的三向力误差均在5%以内，弥补了CSM模型不能预测侧向力的不足．基于改进的CSM模型，通过分析滚刀载荷三向力的差值关系，建立了滚刀载荷差值与滚刀刀间距离的指数关系，得到了计算刀盘滚刀载荷的理论模型，使用ABAQUS的实体耦合功能，加载上各滚刀的载荷，分析整个刀盘的载荷分布，进一步获得刀盘危险点的位置．由此建立了一套刀盘滚刀群载荷获取及危险点应力分布计算的方法．通过与辽宁大伙房水库引水隧道工程中公开的实验数据及危险点统计数据对比，验证了基于改进CSM模型的TBM刀盘危险点应力计算方式的有效性．该研究对经典的CSM模型进行了改进，所提出的刀盘危险点的应力分析方法可为刀盘再制造寿命预测提供可靠的载荷分析依据，并指导刀盘服役阶段的操控参数设置．

关键词

TBM刀盘 / 改进CSM模型 / 危险点应力 / 侧向力