TBM快速换刀用旋转摩擦体新型刀座的设计及试验研究

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2024.S2.049

隧道建设（中英文） ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (S2): 478-484.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2024.S2.049

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TBM快速换刀用旋转摩擦体新型刀座的设计及试验研究

赵海雷^{1, 2, 3}，刘伟^{1, 2, 3}，裴成元⁴，吴磊⁵，王利明^{1, 2, 3, *}，秦银平^{1, 2, 3}，白彦磊^{1, 2, 3}

（1. 盾构及掘进技术国家重点实验室，河南郑州 450001； 2. 中铁隧道局集团有限公司，广东广州 511458； 3. 隧道掘进机及智能运维全国重点实验室，河南郑州 450001; 4. 新疆水发建设集团有限公司，新疆乌鲁木齐 830000； 5. 中铁隧道股份有限公司，河南郑州 450001）

出版日期:2024-12-20 发布日期:2024-12-20
作者简介:赵海雷(1987—)，男，河南开封人，2016年毕业于东华大学，材料加工工程专业，硕士，高级工程师，现从事盾构TBM掘进技术研究工作。 E-mail： 478339242@qq.com。*通信作者：王利明， E-mail： 285690742@qq.com。

Design and Experimental Research of a Novel Type of Cutter Holder With Rotating Friction Body for Rapid Cutter Change of Tunnel Boring Machines

ZHAO Hailei^{1, 2, 3}, LIU Wei^{1,
2, 3}, PEI Chengyuan⁴, WU Lei⁵, WANG Liming^{1,
2, 3, *}, QIN Yinping^{1, 2, 3}, BAI Yanlei^{1, 2, 3}

(1. State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology, Zhengzhou 450001, Henan, China; 2. China Railway Tunnel Group Co., Ltd., Guangzhou 511458, Guangdong, China; 3. State Key Laboratory of Tunnel Boring Machine and Intelligent Operations, Zhengzhou 450001, Henan, China; 4. Xinjiang Shuifa Construction Group Co., Ltd., Urumqi 830000, Xinjiang, China; 5. China Railway Tunnel Stock Co., Ltd., Zhengzhou 450001, Henan, China)

Online:2024-12-20 Published:2024-12-20

摘要/Abstract

摘要： 针对敞开式TBM传统刀座零部件较多、更换复杂、无法快速拆装刀具的问题,分析传统刀具楔块拉紧刀轴的受力特点,进行减少刀座零部件安装的旋转摩擦体新型刀座设计,实现人工或者机器人快速拆装刀具。利用有限元软件和接触理论,建立刀座紧固力学模型,研究新型刀座整体、滚刀刀轴、内旋转块、刀箱以及压紧块的应力与变形量情况，并开展新型刀座的足尺破岩验证试验和新型刀座用刀轴的分级静载试验。试验结果表明：旋转摩擦体新型刀座具有较高的可靠性，其换刀效率较传统刀座提升了45%左右。

关键词: TBM, 滚刀, 旋转摩擦体, 新型刀座

Abstract: The traditional cutter holder of tunnel boring machines has vast components and its replacement actions are complex, leading to inefficient cutter disassembly and assembly. Thus, the authors analyze the force characteristics of traditional cutter wedges when tightening the cutter shaft, and design a novel type of cutter holder with rotating friction bodies to reduce the installation of cutter holder components, achieving rapid disassembly and assembly of cutters by manual or robot. Using finite element technology and contact theory, a mechanical model for cutter holder fastening is established, and the stress and strain of the entire cutter holder, disc cutter shaft, internal rotating block, cutter box, and clamping block are examined. Additionally, a full-scale rock breaking test and graded static load test are conducted for the novel cutter holder. The experimental results show that the novel cutter holder has a 45% increase in cutter replacement efficiency compared to traditional cutter holders, indicating its high feasibility.

Key words: tunnel boring machine, disc cutter, rotating friction body, novel type of cutter holder

赵海雷, 刘伟, 裴成元, 吴磊, 王利明, 秦银平, 白彦磊. TBM快速换刀用旋转摩擦体新型刀座的设计及试验研究[J]. 隧道建设, 2024, 44(S2): 478-484.

ZHAO Hailei, LIU Wei, PEI Chengyuan, WU Lei, WANG Liming, QIN Yinping, BAI Yanlei.

Design and Experimental Research of a Novel Type of Cutter Holder With Rotating Friction Body for Rapid Cutter Change of Tunnel Boring Machines [J]. Tunnel Construction, 2024, 44(S2): 478-484.

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TBM快速换刀用旋转摩擦体新型刀座的设计及试验研究

Design and Experimental Research of a Novel Type of Cutter Holder With Rotating Friction Body for Rapid Cutter Change of Tunnel Boring Machines

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