ارزیابی تاثیر چیدمان مارپیچ ابزار برش کاترهد در عملکرد ماشین حفاری مکانیزه tbm

از مهمترین عوامل موثر در عملکرد ماشین حفاری تونل tbm آرایش و چیدمان ابزار برش در کله‌حفار دستگاه بوده که به‌طور مستقیم بر راندمان عملیات حفاری، عمرمفید tbm و عملکرد مناسب ابزار برش تاثیرگذار می‌باشد. با توجه به پیچیدگی‌های طراحی چیدمان ابزار برش (الزامات فنی سازه tbm و الزامات مهندسی حفاری) ارائه مدل‌های محاسباتی کارآمد از چالش‌های اصلی محققین بوده است. در این پژوهش به هدف ارزیابی تاثیر چیدمان مارپیچ ابزار برش بر عملکرد ماشین tbm، مدل عددی با بهره‌گیری از الگوریتم بهینه‌سازی فراابتکاری گرگ‌های خاکستری gwo برای طراحی چیدمان مارپیچ توسعه داده شده‌است. به جهت ارزیابی عملکرد مدل طراحی توسعه داده شده، فرایند طراحی چیدمان ابزار برش در کله‌حفار یک نمونه اجرایی tbm سنگ مورد ارزیابی قرار گرفته‌است. براساس نتایج حاصل مشخص می‌گردد که چیدمان مارپیچ بهینه ابزار برش باعث کاهش نیروی جانبی کل دستگاه fs به میزان kn 130.18 (84.07 %) و کاهش گشتاور خروج از مرکز به میزان kn.m 2.438 (21.09 %) نسبت به چیدمان اصلی ابزار برش در کله‌حفار شده است. همچنین نتایج حاصل از مدل‌سازی المان محدود کله‌حفار نشان داد که پیاده‌سازی آرایش مارپیچ ابزار برش در tbm سبب افزایش چشم‌گیر عملکرد tbm از نقطه‌نظر سازه‌ای می‌گردد به‌گونه‌ای که در شرایط بارگذاری بار کل، مقادیر تنش بیشینه در مدل با چیدمان بهینه mpa 13.046 (16.62 %) و میزان تغییر شکل تحت این شرایط بارگذاری mm 0.135 (41.41 %) کاهش یافته است. براساس نتایج حاصل مشخص می‌گردد که چیدمان مارپیچ بهینه ابزار برش در کله‌حفار ماشین tbm هم از نظر مهندسی حفاری (افزایش بازده و پیشروی حفاری) و هم از دیدگاه سازه‌ای ماشین tbm بهبود قابل توجهی یافته است. مهمترین نتیجه حاصل از این پژوهش ارائه یک مدل عددی کارآمد برای طراحی چیدمان مارپیچ بهینه ابزار برش در ماشین tbm بر اساس الگوریتم بهینهسازی gwo بوده است. مدل ارائه شده قابلیت پیاده‌سازی تحت شرایط مختلف عملیاتی و برای انواع مختلف ماشین‌های tbm را دارا بوده ‌است.

evaluation of the effect of spiral cutter head layout on the performance of mechanized tbm

one of the most important factors affecting the performance of tbms (tunnel boring machines) is the arrangement and layout of the cutting tool in the cutter head that directly affects the efficiency of boring operations, tbm lifecycle and proper cutting tool performance. considering the complexities of cutting tool layout design affecting technical requirements of tbm structure and drilling engineering requirements, one of the main challenges of researchers in this regard is to provide efficient computational models has been.introductionthe main challenge in designing the appropriate layout of the drilling machine cutting tool consists of the implementation of the technical requirements of drilling engineering (including functional efficiency and ideal technical conditions for the drilling performance of tbms), and also, the structural design requirements of the cutter head (including constraints for the structural design and ensuring the necessary resistance of the cutter head).methodology and approachesin the present research, in order to evaluate the effect of spiral layout of cutting tools on the performance of tbm, a numerical model has been developed using a meta-heuristic gwo algorithm to design a spiral layout. in order to evaluate the performance of the developed design model, the layout design process of the cutter head has been evaluated for an operational tbm sample.results and conclusionsbased on the results, it is clear that the optimal spiral layout of the cutting tool reduces the lateral force of the entire device by 130.18 kn (84.07 %) and reduces the eccentric torque by 2.438 kn.m (21.09 %) compared to the original cutter head layout. moreover, the results of the cutter head finite element modeling have shown that the implementation of spiral arrangement for the tbm cutting tool significantly increases the performance of the tbm from the structural point of view. in addition, the maximum stress values in the optimal layout model reach 13.046 mpa (16.62 %) and the amount of deformation under these loading conditions is reduced by 0.135 mm (41.41 %). based on the results, it is clear that the optimal spiral layout of the cutter head has been significantly improved both from the point of view of drilling engineering (improved efficiency and drilling progress) and from the structural point of view for the tbm. the most important result of this research is to provide an efficient numerical model for the optimal spiral layout design of the cutting tool in the tbm based on the gwo optimization algorithm. the presented model can be implemented under different operating conditions and for different types of tbms.