طراحی بهینه چیدمان ستاره‌ای ابزار برش در TBM با بهره‌گیری از الگوریتم بهینه‌سازی فراابتکاری گرگ‌های خاکستری GWO

چکیده مقاله

چیدمان ابزار برش در کله حفار ماشین TBM به عنوان یکی از عوامل موثر بر افزایش راندمان عملیات حفاری، عمرمفید TBM، عملکرد مناسب ابزار برش و کاهش هزینه‌های حفاری محسوب می‌شود. در طراحی چیدمان ابزار برشTBM یک مساله بهینه‌سازی دارای چند هدف با قیود غیرخطی مطرح است که این مساله باعث بروز پیچیدگی محاسباتی در فرآیند طراحی می‌شود. در این پژوهش به هدف ارزیابی تاثیر چیدمان ستاره‌ای ابزار برش بر عملکرد ماشین TBM، مدل عددی با بهره‌گیری از الگوریتم بهینه‌سازی فراابتکاری گرگ‌های خاکستری GWO برای طراحی چیدمان ستاره‌ای توسعه داده شده است. همچنین دو نوع چیدمان ستاره‌ای (1- ستاره‌ای 8 پر، 2- ستاره‌ای 12 پر) با بهره‌گیری از مدل ارایه شده و طراحی و عملکرد ماشین TBM مورد ارزیابی قرار گرفته است. به جهت ارزیابی عملکرد مدل طراحی توسعه داده شده، فرآیند طراحی چیدمان ابزار برش در کله حفار یک نمونه اجرایی TBM سنگ مورد ارزیابی قرار گرفته است. بر اساس نتایج حاصل مشخص می‌شود که نیروی جانبی کل دستگاه Fs بر اساس چیدمان بهینه ستاره‌ای 8 پر ابزار برش 88/78 درصد نسبت به چیدمان اصلی ابزار برش و میزان گشتاور خروج از مرکز به میزان 03/15 درصد کاهش یافته است. همچنین با ارزیابی نتایج حاصل از عملکرد ماشین TBM با چیدمان بهینه ستاره‌ای 12 پر مشخص شد که نیروی جانبی کل دستگاه Fs بر اساس چیدمان بهینه ستاره‌ای 12 پر ابزار برش 89/87 درصد نسبت به چیدمان اصلی ابزار برش و میزان گشتاور خروج از مرکز به 68/23 درصد کاهش یافته است. از مقایسه نتایج حاصل از عملکرد دستگاه TBM با چیدمان ستاره‌ای 8 پر و چیدمان ستاره‌ای 12 پر مشخص شد که ماشین TBM با چیدمان ستاره‌ای 12 پر ابزار برش دارای عملکرد بهتری بوده است. بر اساس نتایج حاصل مشخص می‌شود که چیدمان ستاره‌ای بهینه ابزار برش در کله حفار ماشین TBM از نقطه نظر مهندسی حفاری (افزایش بازده و پیشروی حفاری) موجب ارتقای عملکرد TBM شده است. مهم‌ترین نتیجه حاصل از این پژوهش ارایه یک مدل عددی کارآمد برای طراحی چیدمان ستاره‌ای بهینه ابزار برش در ماشین TBM بر اساس الگوریتم بهینه‌سازی GWO بوده است. مدل ارایه شده قابلیت پیاده‌سازی تحت شرایط مختلف عملیاتی و برای انواع مختلف ماشین‌های TBM را دارا بوده است.