全断面硬岩掘进机滚刀破岩实验研究

《全断面硬岩掘进机滚刀破岩实验研究》具体研究内容如下：（1）以工程应用为背景，以获取高精度和高可信度实验数据为目标，联合企业开展了集成化双滚刀硬岩掘进综合实验平台的研制；完成了综合实验平台结构系统、液压系统、控制系统和测试系统的方案设计；基于有限元分析了实验台框架、工作台和刀架的应力应变分布规律，并对实验台整体进行了模态分析，完成了实验台主体框架、工作台和滚刀架的结构设计，为开展硬岩掘进机刀具系统的岩石适应性实验研究奠定了基础。（2）完成实验台的液压驱动系统设计，给出了工作台和刀具两大液压系统的仿真分析方法，并据此完成了实际液压系统的调试。开发了由实验分析模块、控制策略分析模块、仿真实验分析模块、参数性能检测模块组成的双刀系统结构智能控制平台，将基于模糊神经网络预测的智能控制方法引入实验平台的控制系统，提高了实验台抗干扰能力，使其具有良好的动态特性和稳态精度。（3）基于滚刀破岩机理和破岩过程，建立了单滚刀破岩力学模型和模态分析模型，分析了单滚刀在破岩过程中的应力应变分布和应力集中规律以及振动性能，获得了岩石内应力分布规律。研究了压力和贯入度等参数对岩石内应力分布的影响，重点分析单滚刀对不同材质岩石的适应性。并利用实验平台研究滚刀振动特性以及不同岩石对破岩的影响，分析掘进过程中振动性能对滚刀寿命的影响规律，得到了不同岩石在滚刀破岩过程中的临界贯入度，即岩石贯入度的临界值。（4）根据刀盘结构和工作原理，分析了刀盘应力应变分布规律和振动特性，考察了结构参数和外部工作参数对刀盘受力和振动的影响。建立了双滚刀破岩力学模型，模拟分析了双滚刀位置、岩石特性和工作参数对双滚刀受力和破岩效率的影响。利用实验平台研究了不同材质的岩石特性、滚刀间距对破岩面积和效率的影响。研究发现滚刀破岩时，双滚刀间距存在优值，此时相邻滚刀的破岩区域刚好相连，破岩区域大，破岩效果优。（5）通过仿真模拟和实验研究，建立了滚刀破岩过程中的临界贯入度、滚刀间距、岩石特征等因素的耦合关系，分析了刀间距、滚压速度和贯入度等因素对滚刀破岩效果的影响以及滚刀间距与破岩效率的对应关系，研究表明：可以基于研制的双滚刀硬岩掘进综合实验平台开展滚刀和刀盘部分工作性能实验研究，并获得高精度和可信的实验数据，集成化综合实验平台可以为理论研究提供重要的实验和验证手段。