Numerische Modellierung des Verformungszustandes hochbelasteter Abbauwerkzeuge von Tunnelbohrmaschinen

Summary

The loading situation of disc cutters on tunnel boring machines is usually derived by dividing the total TBM thrust by the number of cutters. This leads to an approximate value of 250 kN contact force for common 17"- disc cutters. This approach is not sufficient considering the highly oscillating characteristic of cutting forces. A measurement method that captures the three force components (contact force, rolling force, side force) of every cutter is very hard to implement due to the harsh environment at a TBM-cutterhead. This paper presents a three-dimensional numerical simulation that describes the deformation state of a cutter and its casing in great detail. Based on these results it could be possible to develop a measurement method that enables measuring cutter forces in real time on a TBM.

Zusammenfassung

Die Einwirkungen auf Abbauwerkzeuge (Disken) von Tunnelbohrmaschinen werden im Allgemeinen über eine Gesamtvorschubkraft abgeleitet. Dadurch ergibt sich bei 17"-Disken eine Anpresskraft von etwa 250 kN. Um die stark oszillierende Charakteristik der Diskenkräfte genau erfassen zu können, ist dieser vereinfachte Ansatz jedoch nicht ausreichend. Eine Messmethodik, welche die drei Kraftkomponenten (Anpress-, Roll- und Seitenkraft) jeder einzelnen Diske abbildet, ist aufgrund widriger Umgebungsbedingungen und komplizierter Verformungszustände des Bohrkopfes schwierig umzusetzen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden numerische Berechnungen präsentiert, die den Verformungszustand einer Diske und der umgebenden Stahlkonstruktion abbilden. Diese Vorstudie soll die Entwicklung einer serienmäßig einsatztauglichen Messmethodik zur Erfassung der Einwirkungen auf Disken ermöglichen.