[发明专利]硬岩隧道掘进机常截面盘形滚刀磨损状况的实时检测方法

权利要求书

1.硬岩隧道掘进机常截面盘形滚刀磨损状况的实时检测方法，其特征在于具体步骤如下：

第一步，确定硬岩隧道掘进机的刀盘转速、掘进速率与切深之间的相互关系：

硬岩隧道掘进机的刀盘转速、掘进速率与切深之间的相互关系由以下公式(1)确定，

公式(1)中，p为硬岩隧道掘进机的切深，即刀盘每旋转一周该硬岩隧道掘进机的掘进距离，单位为mm/r，v为硬岩隧道掘进机的掘进速率，单位为mm/min，n为硬岩隧道掘进机的刀盘转速，单位为r/min，刀盘转速和掘进速率均是由安装于硬岩隧道掘进机装备内部的数据采集系统实时采集的掘进参数；

第二步，确定硬岩隧道掘进机的刀盘推力、刀盘扭矩与切割系数之间的相互关系：

硬岩隧道掘进机的刀盘推力、刀盘扭矩与切割系数之间存在相互关系，这一关系由以下公式(2)确定，

公式(2)中，CC为硬岩隧道掘进机的切割系数，N为安装于硬岩隧道掘进机刀盘上的滚刀数量，r_i为安装于硬岩隧道掘进机刀盘上第i号滚刀的安装半径，单位为m，为安装于硬岩隧道掘进机刀盘上的N把滚刀的安装半径之和，单位为m，Tor为硬岩隧道掘进机的刀盘扭矩，单位为KN·m，由安装于硬岩隧道掘进机装备内部的数据采集系统实时采集，Th为硬岩隧道掘进机的刀盘推力，单位为KN，由安装于硬岩隧道掘进机装备内部的数据采集系统实时采集；

第三步，确定硬岩隧道掘进机掘进单位循环距离过程中刀盘上第i号常截面盘形滚刀实际运动中的滑动距离：

硬岩隧道掘进机在单位掘进循环内刀盘上第i号常截面盘形滚刀实际运动中的滑动距离由以下公式(3)确定，

公式(3)中：l_i为硬岩隧道掘进机在单位掘进循环内刀盘上第i号常截面盘形滚刀实际运动中的滑动距离，单位为m，p为硬岩隧道掘进机的切深，单位为mm，R_i为硬岩隧道掘进机刀盘上第i号常截面盘形滚刀的安装半径，L为硬岩隧道掘进机单位掘进循环的掘进距离，单位为mm，CC为硬岩隧道掘进机的切割系数，μ为硬岩隧道掘进机掘进地质岩石的摩擦系数；

第四步，确定硬岩隧道掘进机常截面盘形滚刀破岩时作用在接触弧长上的接触应力：

硬岩隧道掘进机常截面盘形滚刀破岩时作用在接触弧长上的接触应力P，单位为Mpa，由以下公式(4)确定，

公式(4)中：S为硬岩隧道掘进机刀盘上相邻刀位之间的刀间距，单位为mm，σ_c为掘进地质岩石单轴抗压强度，单位为Mpa，σ_t为掘进地质岩石抗拉强度，单位为Mpa，b为常截面盘形滚刀刀刃宽度，单位为mm，p为硬岩隧道掘进机的切深，单位为mm，A为岩体节理面与隧道轴线之间夹角，简称岩体节理角，单位为弧度rad，J_S为岩体节理间距，单位为m，当岩体节理间距为400m，与完整岩石力学性质非常近似，因此，J_S最大值为400m，表示完整岩石；

第五步，确定硬岩隧道掘进机在不同特征岩体岩石掘进中刀盘上任意一把正面单刃常截面盘形滚刀重量磨损量与岩石磨蚀性指数和该常截面盘形滚刀破岩时作用在接触弧长上的接触应力及其实际运动中的滑动距离之间的相互关系：

硬岩隧道掘进机刀盘上任意一把正面单刃常截面盘形滚刀重量磨损量W_i与岩石磨蚀性指数CAI和该常截面盘形滚刀破岩时作用在接触弧长上的接触应力P及其实际运动中的滑动距离l之间的相互关系由以下公式(5)确定，

W＝K·CAI^α·P^β·l^γ (5)，

公式(5)中：W是硬岩隧道掘进机刀盘上任意一把正面单刃常截面盘形滚刀重量磨损量，单位为Kg，CAI是岩石磨蚀性指数，通过国际通用的岩石磨蚀性CAI试验测量得到，P为该常截面盘形滚刀破岩时作用在接触弧长上的接触应力，单位为Mpa，l为该常截面盘形滚刀实际运动中的滑动距离，单位为m，α、β和γ为常数，通过标准的环块磨损模拟试验方法得到，K是标准环块磨损模拟试验数据拟合基础上，再根据实际滚刀-硬岩的线性切割实验进行修正；

第六步，确定硬岩隧道掘进机正常掘进时其刀盘上第i号正面单刃常截面盘形滚刀重量磨损量的具体数值：

硬岩隧道掘进机正常掘进时其刀盘上第i号正面单刃常截面盘形滚刀重量磨损量的具体数值由以下公式(6)确定，

W_i＝K·CAI^a·P^b·l_i^γ (6)，

公式(6)中：W_i为硬岩隧道掘进机刀盘上第i号正面单刃常截面盘形滚刀的重量磨损量，单位为Kg，CAI是岩石磨蚀性指数，P为常截面盘形滚刀破岩时作用在接触弧长上的接触应力，单位为Mpa，l_i为硬岩隧道掘进机刀盘上第i号常截面盘形滚刀实际运动中的滑动距离，单位为m，K、α、β和γ为常数，借助标准的环块磨损模拟试验，结合实际滚刀破岩的线性切割实验，在利用数据拟合分析得到；

公式(1)中的硬岩隧道掘进机的切深p、公式(2)中的硬岩隧道掘进机的切割系数CC、公式(3)中的为硬岩隧道掘进机刀盘上第i号常截面盘形滚刀实际运动中的滑动距离l_i、公式(4)中的硬岩隧道掘进机常截面盘形滚刀破岩时作用在接触弧长上的接触应力P、公式(5)中的硬岩隧道掘进机刀盘上任意一把正面单刃常截面盘形滚刀重量磨损量W和公式(6)中的硬岩隧道掘进机刀盘上第i号正面单刃常截面盘形滚刀的重量磨损量W_i是由隧道掘进机数据采集系统实时采集的掘进参数刀盘转速n、掘进速率v、刀盘扭矩Tor和刀盘推力Th，工程地质勘测得到的岩体参数岩石节理角α、岩石节理间距J_S、掘进地质岩石单轴抗压强度σ_c和掘进地质岩石抗拉强度σ_t，岩石磨损试验得到的岩石磨蚀性指数CAI以及摩擦磨损模拟试验、线性切割实验得到的岩石摩擦系数μ和常数值K、α、β和γ，均通过计算机快速计算得出，从而完成硬岩隧道掘进机常截面盘形滚刀磨损的实时检测。