道路掘削機による亀裂前処理硬岩の振動特性に関する研究

科学分野:

• 地盤工学; 機械工学; 鉱山工学

背景:

• 硬岩掘削は、激しい装置の振動と大きな負荷変動という課題に直面しています。 既存の方法では、これらの問題を効果的に軽減することが困難であり、装置の寿命と運用効率に影響を与えています。

研究 の 目的:

• 硬岩掘削中の振動と負荷変動を低減する新しいソリューションとして、機械的亀裂前処理を調査すること。 亀裂前処理が切削負荷とトンネル掘削装置の振動応答に与える影響を分析すること。

主な方法:

• 亀裂前処理された穴のある硬岩の離散要素法（DEM）モデルを開発しました。 油圧クラッカーを使用した亀裂の発生と伝播のシミュレーション。 岩盤モデルとロードヘッダーの剛性-柔軟性連成モデルの双方向結合解析（DEM-MFBD）。

主要な成果:

• 機械的亀裂前処理により、切削ヘッドの平均負荷が8.2%、負荷変動係数が0.0242から0.0213に減少しました。 20〜30 Hz帯の振動加速度振幅は、切削ヘッドで14.7%、切削アームで8.7%、旋回テーブルで3.6%減少しました。 荷重に近いコンポーネントほど減衰効果が高い、伝達経路に沿った振動減衰が実証されました。

結論:

• 機械的亀裂前処理は、岩盤の剛性を低減し、岩盤破壊メカニズムを変更することにより、発生源での振動を効果的に減衰させます。 この技術は、硬岩トンネル掘削装置の効率と信頼性を向上させるための理論的根拠と実践的な参照を提供します。