超大直径土压盾构刀盘载荷工况分析与结构优化

作者：邓立营; 王小永^*; 徐飞; 谢宝玲; 吴昊

来源：机械设计, 2023, 40(05): 70-77.

DOI：10.13841/j.cnki.jxsj.2023.05.023

• 超大直径土压盾构
• 刀盘
• 载荷工况
• 有限元分析
• 结构优化

刀盘作为盾构机中的关键部件之一，不仅能起到挖掘土体的作用，同时还具有稳定掌子面和搅拌渣土的功能，其性能的优劣直接决定着盾构能否正常施工。为了超大直径盾构刀盘能在大推力、大扭矩及复杂地质的掘进环境下具有足够的结构强度和刚性，对刀盘的工作载荷工况和结构形式进行分析研究。以?14.95 m的刀盘为例，通过ANSYS有限元软件分析刀盘副梁在相同载荷工况下竖板式结构和箱式结构的特性，并在箱式副梁刀盘本体与牛腿连接处加设加强肋后计算刀盘在均载工况、上软下硬工况及脱困工况下的变形和受力情况。研究表明：对于超大型土压盾构刀盘，箱式结构副梁的结构性能优于竖板式的，相同载荷下刀盘的最大应力值减小48.2%,总变形量减小26.4%;在牛腿与盘体焊接部位加设加强肋可以提高刀盘的整体结构强度和刚度，加设后刀盘最大应力减小6.4%,总变形量减小9.7%;刀盘在上软下硬工况下变形最大，脱困工况下局部应力最大。

• 单位
  沈阳工业大学; 中国人民解放军装备学院