The Tunnel Boring Machine (TBM) is widely used in the world while lacking research in China. For the lack of mature instruction from the performance evaluation theory of the TBM's Cutter-head topological structure, the parameters of machine, the rock properties and the machine operation do not match well with each other, which leads to the excessive and abnormal wear of the cutting tools and cutter-head, the high failure and the more energy consumption of the machine and the lower efficiency in boring, etc. This project aims at extracting mathematical description of the parameters of the cutter-head topology structure and the ground condition with Rough Set Theory, distinguishing the sophisticated coupling association among the multi-area parameters which decides the performance of the TBM cutter-head, establishing the mathematical models which describe the TBM dynamic performance and revealing the influence mechanism from topological structure of the cutter-head on the TBM performance under different ground conditions. Then, the evaluation index system is established with non-linear regression method. On this foundation, the calculation method of the evaluation index and the regulation method of machine's operational parameters are established, which finally constitute an exhaustive prediction & evaluation method of the cutter-head's topological structure performance. Finally, the results are verified and improved through lab experiment and practical engineering project. An integrated performance evaluation theory will be established, which provides theoretical support to the cutter-head design and the construction optimization.
隧道掘进机是我国当前急需重点研究的重大技术装备。由于缺乏刀盘拓扑结构设计理论及结构性能评价方法的指导,施工中经常出现机器参数、施工参数和岩土特性参数不匹配,并导致刀具、刀盘破损失效严重,整机故障率高、能耗大,掘进性能低下等问题。本项目拟应用粗糙集理论研究刀盘的拓扑结构特征及地质特征参数的提取和数学描述方法,识别决定掘进性能的多领域参数间的复杂耦合关联,建立描述掘进机性能的影响因素的数学模型。进而以掘进机掘进能耗、效率、稳定性等为指标,揭示不同地质特征下,不同拓扑结构的刀盘对掘进机性能的影响机理。应用非线性回归理论,建立刀盘拓扑结构性能耦合评价指标体系。在此基础之上,建立刀盘拓扑结构性能评价指标耦合计算方法及掘进机操作参数的设置与控制方法,形成全面的刀盘拓扑结构性能预测评价方法。最终通过室内试验和实际工程对研究成果进行验证与完善,建立一套刀盘结构性能评价理论,为刀盘设计和施工优化提供方法支撑
隧道掘进机是关键的重大技术装备,其中刀盘拓扑结构设计理论与结构性能评价方法是其关键技术之一。掘进机械施工中经常出现机器参数、施工参数和岩土特性参数不匹配,导致刀具、刀盘破损失效严重,整机故障率高、能耗大,掘进性能低下等问题。本项目以力学建模、数值仿真、实验研究为技术手段,在对决定掘进性能的多领域参数间的复杂耦合关联深入认识和掌握的基础上,提出了全面的刀盘拓扑结构性能预测评价方法,利用工程实例验证了上述设计理论与方法的正确性和有效性。. 项目研究分析了国内外隧道掘进机刀盘设计研究现状,调研、收集和分析了隧道地质参数、掘进机结构参数及现场操作参数等数据。依据对掘进性能影响作用的大小,提取了主要的刀盘结构参数和地质参数,并进行了描述;基于实际工况及掘进数据,建立了描述多参数耦合作用关系之间的模型。研究了刀盘拓扑结构参数、地质特征参数和掘进操作参数之间的映射关系;开展了硬岩掘进机可掘进性预测分析方法研究,构建了掘进机性能的评价指标,建立了掘进机刀盘拓扑结构性能评价方法。建立了基于拓扑结构评价指标体系的掘进机操作参数的设置和控制方法;开展了刀盘拓扑结构方案设计研究,提出了具有地质适应性刀盘拓扑结构设计方法。. 本项目研究将为掘进机械中刀盘拓扑结构设计及结构性能评价提供基础理论依据和方法指导。
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数据更新时间:2023-05-31
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