На основе практических требований производителей режущих головок TBM был разработан фундаментальный рабочий процесс проектирования режущих головок. Путем интеграции геологических условий проходки туннелей, структурных параметров режущей головки и эксплуатационных параметров туннелирования были разработаны вычислительные модели для ключевых элементов конструкции,-таких как расположение фрезы, конфигурация отверстия и конструкция корпуса режущей головки-, что привело к предложению соответствующей методологии проектирования для повышения адаптивности режущей головки TBM к конкретным геологическим средам. Этот рабочий процесс проектирования включает в себя выбор типа корпуса режущего аппарата, расположения резака, конструкции мусоропровода и конструкции опорной конструкции.
В практических инженерных приложениях выбор резцов и определение основных рабочих параметров (включая расстояние между резцами, глубину проникновения, осевое усилие и крутящий момент) должны определяться преобладающими геологическими условиями. Такие инструменты, как ANSYS, используются для проведения моделирования для анализа механических характеристик (в частности, для оценки максимальной деформации и уровней напряжения), а моделирование методом дискретных элементов (DEM) используется для анализа эффективности удаления навоза. Кроме того, метод реконструкции деформации,-основанный на нейронных сетях BP и анализе конечных элементов (FEA)-, может применяться для мониторинга деформации в критических местах режущей головки TBM, тем самым решая проблемы, связанные с контролем деформации в тяжелых условиях эксплуатации.
Конструкция режущей головки должна эффективно работать в сложных геологических средах, включая пласты горных пород с высокой-твердостью, богатые водой-песчаные слои и сложные грунтовые образования. Примечательно, что конструкция режущих головок для полнозабойных ТБМ для твердых пород-, используемых в добыче угля, отличается от конструкции обычных ТБМ для твердых пород, поскольку они должны соответствовать определенным ограничениям по размерам и весу, налагаемым требованиями к подземной транспортировке и сборке. Инновации в дизайне часто адаптируются к конкретным требованиям проекта; Примерами могут служить целевые конструктивные особенности, принятые для ТБМ для твердых пород "Кавказ"-, такие как технология синхронной проходки туннелей и монтажа сегментов, активные системы шарнирного сочленения и двунаправленные вращающиеся режущие головки.
