复杂地质条件下铣槽装备刀具排布模式与铣轮结构集成设计方法研究

铣槽装备通过一对称布置的铣轮旋转及铣轮上布置的刀具，实现对岩土的铣削和破碎，是一种新近出现和发展起来的岩土处理装备。铣轮作为此类装备的工作装置,设计时具有相当难度，如何在复杂岩土边界条件下，进行刀具排布模式适应性设计是铣轮设计所必须解决的关键问题。本项目着重对铣轮设计相关的若干基础性的、共性的关键技术进行研究，首先建立不同岩土边界下铣轮刀具所受随机突变载荷变化曲线与载荷响应特征集，为不同刀具排布模式下岩土塑性流变模型及铣轮结构分析模型明确边界条件；然后考虑不同的刀具排布模式，提炼并明确稳定塑性流变表征性参数，从而明确刀具排布模式与典型岩土介质塑性流变之间的映射关系；最后以铣轮结构表征性参数和刀具排布模式参数作为设计变量，建立以岩土的稳定塑性流变和结构特性优化为优化目标的铣槽装备刀具排布模式与铣轮结构集成设计模型，综合考虑岩土铣削特性和结构性能要求，为铣轮设计提供新思路和新方法。

铣槽装备通过一对称布置的铣轮旋转及铣轮上布置的刀具，实现对岩土的铣削和破碎，是一种新兴的先进岩土施工设备。铣轮作为此类装备的工作装置,设计时具有相当难度，如何在复杂岩土边界条件下，进行刀具排布模式适应性设计和铣轮系统集成设计，是必须解决的关键问题。本项目着重对铣轮设计相关的若干基础性的、共性的关键技术进行研究：利用数值仿真技术研究了刀具排布关键参数对铣削性能的影响；针对铣轮减振系统所用材料，提出一种能够表征短纤维增强橡胶的横观各向同性超弹性本构模型，结合实验和理论分析研究了铣轮减振系统的动态特性；针对铣轮传动系统动力学特点，考虑刚度激励、误差激励和齿侧间隙冲击激励分别建立铣轮传动系统纯扭转和平移扭转耦合非线性动力学模型，对铣轮传动系统进行了动态特性和均载特性的研究。最终基于铣削适应性、动力学、均载特性和减振等多个方面的研究结果初步形成了铣轮设计体系，为铣轮核心结构设计提供了理论依据和技术支持，为铣槽装备国产化研制打下了基础。以上各研究要点基本完成了基金任务书中研究计划。