在掘进过程中,刀具的选型对全断面隧道掘进机的施工效果有着决定性的影响。以某全断面隧道掘进机使用的刀具为研究对象,建立滚刀破岩有限元侵彻模型,确定滚刀刀圈在不同条件下的应力。以刀圈直径和滚刀破岩贯入度为变量,对滚刀破岩模型进行有限元分析,得到了不同条件下的刀圈应力图,验证了目标滚刀的可靠性。对比分析得出该全断面隧道掘进机工作环境下滚刀破岩的最优参数选择,为全断面隧道掘进机的刀具选型提供参考。

城市建设隧道工程施工过程中,隧道掘进机是隧道工程掘进过程中必不可少的施工设备,隧道掘进机是用机械破碎岩石、出碴和支护实行连续作业的一种综合设备,是当前世界范围内最先进的隧道施工设备。隧道掘进机系列油缸中的推进油缸缸径大、行程长、工作压力高、各项性能比较好,是非常关键产品,由于隧道施工作业环境比较恶劣,为了确保油缸作业的安全性、可靠性,必须做好推进油缸的设计工作。文章分析了隧道掘进机系列油缸的技术特点,以及油缸结构的特点,希望对隧道掘进机系列油缸中的推进油缸的设计有一定的借鉴和参考。

为从不同工况、动态、静态等状态下分析主驱动密封润滑系统对主驱动轴承的保护效果,提出一些可以供掘进机主驱动设计、使用参考的建议。首先,制作透明的主驱动密封油脂扩散装置,通过油脂计量阀进行油脂注入,分别设置不同的迷宫长度、迷宫间隙和润滑量,进行油脂扩散弧长的计量,从而验证油脂的扩散与主驱动迷宫设计对主驱动保护的异同。然后,以某主驱动润滑系统模拟试验台为基础,采用不同的密封润滑剂形式、润滑剂量和刀盘转速相结合,从不同角度对主驱动密封的温度上升原因进行分析,并提出合适的密封工作温度建议。最后,针对部分TBM机型密封失效原因进行分析,并提出可以根据不同机型进行主驱动密封润滑系统设计的思路,以保证主驱动密封系统的良好性能。

为解决隧道掘进机主驱动高压密封技术难题,指导高压工况下密封系统参数设计,通过搭建Φ5 m级主驱动密封试验台,采用静态试验与动态试验相结合的方法,验证密封试验台的可行性,并深入研究转速、承压状态与冷却水流量对唇形密封与聚氨酯密封2种高压密封系统运行温度的影响。结果表明:1)静态试验下,高压密封系统逐级加压至2 MPa可保持稳定,验证了2种密封系统的高承压能力;2)唇形密封与聚氨酯密封的动态试验显示,高转速会降低承压密封的稳定性,在高压下影响显著增强;3)转速对密封系统温度有较大影响,与密封系统温升呈正相关,并且承压越高,密封系统温升越大;4)2种密封系统在转速1.5 r/min附近可均衡系统稳定性与发热量要求,聚氨酯密封结构的冷却水流量控制在50 L/min较优。

通过对某工程应用的隧道掘进机主驱动密封系统洞内修复过程进行总结,形成了一套安全、高效、简便的隧道掘进机主驱动密封系统洞内修复技术。该技术的运用极大节省了检修时间,保障了主驱动密封系统的修复质量,有效规避了由于密封系统失效导致的长时间停机现象,对提高隧道掘进机施工效率具有重要意义。

针对在工业性试验中出现放缆不畅、卷缆装置底板损坏的问题,分析了故障原因,基于螺纹插装阀和电磁换向阀技术,设计了一种悬臂掘进机自动收放缆的卷缆系统,并进行了卷缆系统参数计算及优化。实际生产应用结果表明:摆线马达启动扭矩压差1MPa、减速机减速比改为20、取消背压溢流阀,卷缆系统可以安全可靠的进行收放缆工作;增加卷缆装置安装底板数量及螺栓防松,完全实现可靠的无人化自动卷缆。为研发隧道悬臂掘进机卷缆系统提供一定的理论依据及实践支持。

隧道掘进机以其安全、快速、经济、环保的优势广泛应用于地下隧道的掘进,其中液压推进系统在掘进机上占有重要的地位,它控制着掘进机整体向前掘进。在恶劣的工况下,推进油缸会受到非周期性的振动,以螺纹为连接方式的导向套在受到振动之后容易发生松动,从而导致推进油缸不能正常工作。针对这类情况,设计出一种新型导向套防松结构,并基于有限元软件ANSYS Workbench进行仿真分析,验证了设计的合理性,提高了掘进机的安全性和可靠性。

在秦岭道隧道工程中引进的全断面隧道掘进机上，锚杆孔用钻机是Ｔｏｍｒｏｃｋ公司生产的孔用钻机，其液压系统设计有独特之处，文中介绍了这种钻机的系统及工作情况。