[发明专利]可伸缩多刃扩挖滚刀分区切削刀盘的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于全断面掘进机刀盘设计方法领域，特别涉及可伸缩多刃扩挖滚刀分区切削刀盘的设计方法。

背景技术

刀盘作为全断面掘进机最主要的部件之一，是所有破岩刀具的安装载体。全断面掘进机在实际工程中多由边滚刀侧向力引起较大的振动。若刀盘振动过大，不仅影响其使用寿命，而且影响着其性能的发挥。因此，刀盘边滚刀处的合理设计对刀盘的振动有很大的影响。

掘进机刀盘结构的设计，中国专利号：CN201110435177.0，专利名称为“一种多级分离渐进式盾构刀盘”，发明人魏正英、卢秉恒等人公开了一种多级分离渐进式盾构刀盘，它由可伸缩的多级盾构刀盘组成。工作时，一级刀盘转动对岩体进行切削,当掘进到一定的距离时,二级刀盘开始向前掘进，如此往复，实现多级刀盘渐进开挖。此发明改变了刀盘结构，需要多套主驱动系统，空间受限难以布置，造价昂贵；同时出碴难以实现，此刀盘是先切削中心岩石，后切削边界岩石，对隧洞周边围岩扰动较大，容易引起刀盘较大振动。中国专利：CN201110403407.3，专利名称为：“盾构边滚刀位移监测方法和装置”，发明人贾连辉等人公开了一种盾构机边滚刀位移监测的方法和装置，此监测系统具有信号准确，维护方便等优点。但此专利未提及如何减小刀盘振动。由于全断面掘进机在工作过程中，边滚刀受到的侧向力是引起刀盘振动的重要因素，刀盘振动将加剧滚刀及刀盘内部其他部件的损坏，因此用以往方法设计出的刀盘仍存在振动较大的缺点和不足。

发明内容

本发明要解决的难题针对现有刀盘设计技术的缺陷，发明一种可伸缩多刃扩挖滚刀分区切削刀盘的设计方法。该方法是在原有刀盘边缘位置去掉所有边滚刀，分别安装第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件，将刀盘切割岩石的过程分解成两个步骤实现，从而使刀盘在掘进时，减轻震动，降低噪音，提高全断面掘进机的工作效率。

本发明采用的技术方案是可伸缩多刃扩挖滚刀分区切削刀盘的设计方法，该方法考虑刀盘整体技术性能要求、施工要求，保证该方法设计的刀盘有足够的破岩能力，并减小刀盘振动；刀盘仍保留原有的正滚刀和中心滚刀，在原有刀盘边缘位置去掉所有边滚刀，对称安装第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件2、5、10，第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件2、5、10都由可伸缩多刃扩挖滚刀伸出设备11和可伸缩多刃扩挖滚刀12组成，且结构相同；可伸缩多刃扩挖滚刀12安装在可伸缩多刃扩挖滚刀伸出设备11中；

根据可伸缩多刃扩挖滚刀的刀盘结构及具体施工条件对可伸缩多刃扩挖滚刀12的进行设计：

（1）可伸缩多刃扩挖滚刀12相邻两刀刃之间的角度Δθ：

Δθ＝θ               （1）

其中：θ为传统刀盘相邻边滚刀之间的角度（一般取值为5～8°）；

（2）可伸缩多刃扩挖滚刀12刀刃的总数量n_k：

nk=int(θmaxΔθ)+1---(2)]]>

其中：θ_max是可伸缩多刃扩挖滚刀12在刀盘过渡圆弧面上最大安装角度；

（3）根据可伸缩多刃扩挖滚刀12最大安装角度及可伸缩多刃扩挖滚刀12数量可求得修正后的可伸缩多刃扩挖滚刀12相邻两刀刃之间的角度Δθ'为：