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盾构机管片拼装微调机构动力学分析

同济大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 953-961页

作者：王道智闵锐袁向华李万莉邱志伟王秋平同济大学机械与能源工程学院上海201804 上海城建隧道装备有限公司上海200137

为了研究拼管作业时盾构机管片拼装微调机构驱动油缸的推力,分析了微调机构在偏转和俯仰运动下的动力学特性。首先,对简化的管片拼装微调机构平台角度与驱动油缸行程的关系进行研究,并利用Matlab Simscape模块对机构进行建模仿真,得到... 详细信息

为了研究拼管作业时盾构机管片拼装微调机构驱动油缸的推力,分析了微调机构在偏转和俯仰运动下的动力学特性。首先,对简化的管片拼装微调机构平台角度与驱动油缸行程的关系进行研究,并利用Matlab Simscape模块对机构进行建模仿真,得到指定运动轨迹下2个驱动油缸的驱动力;接着,利用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)对机构进行动力学仿真,验证所搭建模型的正确性;最后,利用ADAMS对机构进行带载工况下的动力学仿真,得到2个油缸的最大推力。结果表明,管片拼装微调机构在以幅值为0.035 rad、角频率为1 rad·s-1的正弦函数进行俯仰和偏转运动时2个油缸的最大推力分别为8998.47 N和6390.48 N。

关键词：盾构机管片拼装机并联机构动力学模型

盾构机数据采集系统的变差分系数波场模拟研究

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地球物理学进展 2023年第6期38卷 2734-2746页

作者：王伟翟法智高星尤加春中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 浙江省地球物理技术应用研究所有限公司杭州310005 成都理工大学地球物理学院成都610059

超前地质预报是隧道施工过程中必不可少的一项工作.在隧道开挖过程中,了解隧道掘进面之前的地质情况对保证施工安全和调整施工工艺等具有重要意义.本文结合城市地下空间开发中地铁建设中盾构机施工工艺的特点,提出采用环形地质超前预报... 详细信息

超前地质预报是隧道施工过程中必不可少的一项工作.在隧道开挖过程中,了解隧道掘进面之前的地质情况对保证施工安全和调整施工工艺等具有重要意义.本文结合城市地下空间开发中地铁建设中盾构机施工工艺的特点,提出采用环形地质超前预报的地震反射波数据采集方法.为了进一步分析该采集系统的数据特点,本文提出利用三维声波方程的变差分系数有限差分方法分析了垂直断面构造和复杂断面构造中波场的传播规律.得益于变差分系数有限差分方法的应用,在复杂波场模拟中能更好地压制波场频散,提高计算精度.本文发现由于激发点位置的不同,设计环形接收方式采集的地震反射波对简单的垂直断面构造的响应也存在一定差异.对复杂断面构造,与经典双曲线走时曲线相比,采用环形接收方法记录的倾斜断面的走时有其自身特点.本文对盾构机环形采集方法的波场传播规律进行了研究,研究结果实际生产中的速度反演和波形分析具有指导意义.

关键词：盾构机波场模拟变差分系数复杂断面构造

盾构机穿越地下连续墙引起既有车站振动的实测与分析

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森林工程 2023年第3期39卷 161-171页

作者：周洋肖鹏飞冯志耀刘奥林杨泽斌王树英南宁轨道交通集团有限责任公司南宁530000 中南大学土木工程学院长沙410075

为探明盾构机穿越既有车站地下连续墙诱发的车站结构振动响应规律,通过现场实测的方法,监测盾构刀盘切削地连墙过程中引起的振动,并对振动影响进行评价。研究结果表明,停机状态下,背景振动的主频为30.8 Hz,磨墙过程中,刀盘产生振动主频... 详细信息

为探明盾构机穿越既有车站地下连续墙诱发的车站结构振动响应规律,通过现场实测的方法,监测盾构刀盘切削地连墙过程中引起的振动,并对振动影响进行评价。研究结果表明,停机状态下,背景振动的主频为30.8 Hz,磨墙过程中,刀盘产生振动主频为89.3 Hz,相比于背景振动,磨墙产生的振动加速度峰值和有效值至少增加一个数量级;振动波传递至车站显著衰减,加速度峰值最大衰减率能达到近98.35%;除了31.5 Hz,车站测点各频段的最大振级均小于规范控制值;盾构穿墙引起车站结构振动速度为1.3 mm/s,小于国内外规范给定的标准值。

关键词：盾构隧道盾构机振动下穿地下连续墙现场实测

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盾构机关键零部件再制造修复技术综述

中国机械工程 2021年第7期32卷 820-831页

作者：李方义戚小霞李燕乐王黎明杜际雨许京伟孟晓宁山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室济南250061 济南重工集团有限公司济南250109

阐述了我国盾构机再制造的发展现状并指出了我国盾构机再制造发展的不足与挑战,综述了盾构机主轴承、刀具刀盘、液压系统、减速机、螺旋输送机等关键部件的损伤形式及目前常用的再制造修复方法。分析了激光熔覆、热喷涂、冷喷涂、冷焊... 详细信息

阐述了我国盾构机再制造的发展现状并指出了我国盾构机再制造发展的不足与挑战,综述了盾构机主轴承、刀具刀盘、液压系统、减速机、螺旋输送机等关键部件的损伤形式及目前常用的再制造修复方法。分析了激光熔覆、热喷涂、冷喷涂、冷焊等增材修复技术在盾构机再制造方面的潜能和优势,最后展望了盾构机再制造的发展趋势。

关键词：盾构机再制造激光熔覆增材修复耐磨性

一种高比刚度盾构机刀盘面板结构拓扑重构设计

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西安交通大学学报 2023年第6期57卷 86-94页

作者：孙鹏飞尹鹏刘宏磊陈小明李宝童洪军西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

为提高盾构机刀盘面板结构的承载能力,提出了一种考虑应力约束的高比刚度结构拓扑优化方法。首先,将多孔面板结构的开口率和强度作为约束条件,采用p范数将所有单元的局部应力凝聚为一个全局应力约束,限制多孔面板结构的最大全局应力,并... 详细信息

为提高盾构机刀盘面板结构的承载能力,提出了一种考虑应力约束的高比刚度结构拓扑优化方法。首先,将多孔面板结构的开口率和强度作为约束条件,采用p范数将所有单元的局部应力凝聚为一个全局应力约束,限制多孔面板结构的最大全局应力,并以多孔面板结构的全局刚度最大化为优化目标,构建考虑最大全局应力的多约束拓扑优化模型;其次,通过移动渐近线优化算法求解该模型,获得多孔面板结构的优化拓扑构型;然后,采用水平集方法提取优化构型的清晰拓扑边界,并通过几何重构获取多孔面板结构模型;最后,以某型盾构机为例,设计了多孔面板结构,并开展了静力学有限元仿真分析。仿真结果表明:在相同开口率条件下,相较于原有结构,所设计多孔面板结构的刚度和强度分别提升了7%和19.8%,承载能力得到了显著提高。所提出的方法能有效应用于盾构机面板结构的拓扑重构设计,丰富了盾构机刀盘面板结构的设计理论。

关键词：拓扑优化盾构机刀盘面板应力约束高比刚度

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盾构机主轴承油液监测数据分析与阈值确定

润滑与密封 2023年第8期48卷 214-220页

作者：陈文远中铁一局集团有限公司陕西西安710054

油液监测是盾构机主轴承状态监测与故障诊断的重要手段之一,然而其现行诊断阈值多为经验数据,且对监测所得的大量数据缺乏系统性分析。为制定盾构机主轴承油液监测故障诊断的合理阈值,设计盾构机主轴承油液监测方案,提出油液监测的取样... 详细信息

油液监测是盾构机主轴承状态监测与故障诊断的重要手段之一,然而其现行诊断阈值多为经验数据,且对监测所得的大量数据缺乏系统性分析。为制定盾构机主轴承油液监测故障诊断的合理阈值,设计盾构机主轴承油液监测方案,提出油液监测的取样方法、取样周期及特殊情况下的取样周期,并获取大量油液监测数据;采用统计方法分析得出监测项目的基准值、警告值、危险值,与现行通过经验值制定的监测阈值指标吻合,从理论证明了现行监测阈值的合理性;采用线性回归法对掘进里程与监测数据进行回归分析,探寻各监测数据与掘进里程的关系,更合理地确定了主轴承在全生命周期里各阶段的监测阈值,与统计法计算出的阈值互为补充;通过相关性分析,得出油液监测中各项数据变化的内在联系,指出油液中水分含量为状态监测中首要控制因素。

关键词：油液监测阈值盾构机主轴承

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盾构机主轴承齿圈开裂失效研究

摩擦学学报 2024年

作者：王小刚吴元科段红磊许顺海程永龙刘玉龙刘德华陈威河南科技大学机电工程学院中国矿业大学(北京)管理学院中铁工程装备集团有限公司

盾构机主轴承常采用三排圆柱滚子结构，轴承内圈材质为42CrMo，其作为承受传动扭矩的齿圈，掘进过程中的扭矩一般在8000kN·m以上，长时间承受交变载荷，容易出现裂纹。为了探究盾构机主轴承齿圈开裂失效机理，对华南地区某盾构项目Φ30... 详细信息

盾构机主轴承常采用三排圆柱滚子结构，轴承内圈材质为42CrMo，其作为承受传动扭矩的齿圈，掘进过程中的扭矩一般在8000kN·m以上，长时间承受交变载荷，容易出现裂纹。为了探究盾构机主轴承齿圈开裂失效机理，对华南地区某盾构项目Φ3061mm的主轴承齿圈首先进行无损检测分析，齿轮根部出现多处趋于均布的齿根裂纹；其次对齿圈开裂的断口进行形貌分析，裂纹源处的脆性沿晶特征表明材料韧性不足；再次对齿圈齿根进行残余应力分析及工作应力校核，显示残余拉应力高达400MPa，与外力叠加后超过材料的屈服强度；最后对齿圈进行材料分析发现基体Ni质量分数为0.13%偏低，从而降低了材料韧性及冲击强度，基体组织存在珠光体偏析带造成组织不均，非金属夹杂物等级为1.5级，偏高的夹杂物等级增大了开裂的风险。因此，为减小裂纹产生的可能性、延长齿圈寿命，需优化齿轮感应淬火工艺，降低齿根残余应力；增加齿圈基体材料镍元素含量，提高材料韧性；优化原材料热处理工艺，提高基体组织均匀性；提高原材料纯净度，降低夹杂物等级。

关键词：盾构机主轴承齿圈失效机理残余应力非金属夹杂物齿圈寿命

盾构机主驱动VD形密封圈密封性能研究与优化

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同方期刊数据库

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润滑与密封 2023年第3期48卷 157-163页

作者：张青雷朱洪秀上海海事大学物流工程学院上海201306

为研究盾构机主驱动密封圈压缩量以及正反面润滑油脂载荷对密封圈密封性能的影响,通过ANSYS有限元软件研究在不同压缩量和密封圈不同正反面加载压力下,丁腈橡胶(NBR)材料的VD形密封圈的密封性能。结果表明:在压缩量3~7 mm区间,随着压缩... 详细信息

为研究盾构机主驱动密封圈压缩量以及正反面润滑油脂载荷对密封圈密封性能的影响,通过ANSYS有限元软件研究在不同压缩量和密封圈不同正反面加载压力下,丁腈橡胶(NBR)材料的VD形密封圈的密封性能。结果表明:在压缩量3~7 mm区间,随着压缩量的增加,密封圈接触面的最大von Mises应力先不断增加后逐渐趋于稳定,而最大接触压力不断下降;当压差保持一致时,随着密封圈正反面的压力升高,该VD形密封圈接触面最大压力也保持相近幅值的上升;当密封圈正反面压力变化时,该密封圈结构保证了接触压力的裕度,从而保证了密封结构密封效果的稳定性。通过曲面响应法,对设计的一种带反面支撑结构的VD形密封圈进行优化,得出在压缩量7 mm,密封圈正反面压力0.9-0.6 MPa时,其密封效果最好时出现在支撑角度为9.3453°,支撑长度为59.499 mm时,优化后VD形密封圈最大接触压力提高了16%~25%。

关键词： VD形密封圈密封性能盾构机接触压力本构模型

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盾构机唇形密封流固热耦合仿真研究

润滑与密封 2023年第3期48卷 48-54页

作者：纪佳馨苏世东项冲郭飞中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580 清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084

盾构机主驱动唇形密封性能直接影响整台盾构机的施工效率。盾构机主驱动唇封密封介质为润滑脂,工作时唇口温度可达50~60℃,为更好地预测唇封的密封性能,考虑润滑脂流变特性、唇口温度对流场分析、密封材料的影响,建立盾构机唇形密封流... 详细信息

盾构机主驱动唇形密封性能直接影响整台盾构机的施工效率。盾构机主驱动唇封密封介质为润滑脂,工作时唇口温度可达50~60℃,为更好地预测唇封的密封性能,考虑润滑脂流变特性、唇口温度对流场分析、密封材料的影响,建立盾构机唇形密封流固热耦合仿真模型。利用流速分离法推导润滑脂二维雷诺方程,采用赫兹接触模型计算粗糙峰接触压力,结合有限元软件开展热力耦合分析,实现唇封温度场及摩擦力矩、泄漏率等关键性能参数的定量预测。结果表明:考虑温度场后唇封最大接触压力减小,接触宽度增大,摩擦力矩减小。温度对唇封应力应变状态及密封性能产生较大影响,这对盾构机主驱动唇形密封设计具有一定指导作用。

关键词：盾构机唇形密封润滑脂唇口温度流固热耦合