某型土压平衡式盾构刀盘的力学分析与结构优化

doi:10.3973/j.issn.1672-741X.2017.09.019

隧道建设（中英文） ›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (9): 1187-1192.DOI: 10.3973/j.issn.1672-741X.2017.09.019

某型土压平衡式盾构刀盘的力学分析与结构优化

李斌斌，牛卫中，刘文

（兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070）

收稿日期:2016-12-13 修回日期:2017-03-21 出版日期:2017-09-20 发布日期:2017-09-28
作者简介:李斌斌（1989—），女，甘肃静宁人，兰州交通大学机械设计及理论专业在读硕士，研究方向为盾构刀盘结构的分析与优化。Email: lbb0827@qq.com。

Mechanical Analysis and Structural Optimization of Cutterhead of an Earth Pressure Balance (EPB) Shield

LI Binbin, NIU Weizhong, LIU Wen

(School of Mechanical Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, Gansu, China)

Received:2016-12-13 Revised:2017-03-21 Online:2017-09-20 Published:2017-09-28

摘要/Abstract

摘要：

为给兰州地铁掘进所用某型土压平衡式盾构刀盘的优化设计提供参考依据,应用ANSYS Workbench软件对其刀盘结构在正常工况下的力学性能进行分析。根据所得出的等效应力、总变形量与疲劳寿命云图,判定该型盾构刀盘上静强度和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2块未开出渣口的面板外边缘。通过对刀盘结构尺寸进行改进优化，使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分别提升71%和265%，同时刀盘开口率由35%优化为37%后，刀盘面板外边缘处的变形量减小约25%。

关键词: 土压平衡式盾构, 刀盘, 力学分析, 疲劳寿命, 结构优化

Abstract:

The mechanical performance of the cutterhead structure under normal working conditions is analyzed by ANSYS Workbench so as to provide reference for optimal design of cutterhead of an EPB shield used in Lanzhou Metro. According to the obtained contours of equivalent stress, total deformation and fatigue life, the weakest positions of static and fatigue strength of the cutterhead (the outer corner of corbels near the interface with the back of faceplates) and the poorest positions of stiffness (the outer edge of two faceplates without muck outlet) can be decided. The static strength and nominal fatigue life in the weakest positions of the cutterhead under normal working conditions can be increased by 71% and 265% respectively and the deformation of the outer edge of faceplates can be decreased by about 25% in case the opening ratio of the cutterhead increases from 35% to 37% by structural improvement and size optimization of the cutterhead.

Key words: earth pressure balance (EPB) shield, cutterhead, mechanical analysis, fatigue life, structural optimization

中图分类号:

U 455.3

李斌斌，牛卫中，刘文. 某型土压平衡式盾构刀盘的力学分析与结构优化[J]. 隧道建设, 2017, 37(9): 1187-1192.

LI Binbin, NIU Weizhong, LIU Wen. Mechanical Analysis and Structural Optimization of Cutterhead of an Earth Pressure Balance (EPB) Shield[J]. Tunnel Construction, 2017, 37(9): 1187-1192.

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Mechanical Analysis and Structural Optimization of Cutterhead of an Earth Pressure Balance (EPB) Shield

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