[发明专利]一种基于犬齿结构的TBM仿生刀圈刃形设计及其优化方法

权利要求书

1.一种基于犬齿结构的TBM仿生刀圈刃形设计及其优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过逆向工程技术提取犬牙中剖面上的外轮廓线获得轮廓曲线，轮廓曲线标号分别为B′、C′、D′、E′，形成依次相连的B′C′圆弧段，C′D′圆弧段，D′E′圆弧段；

S2、对外轮廓线的三段圆弧进行拟合得到拟合曲线，该拟合曲线为新的三段圆弧段；

S3、将步骤S2获得的拟合曲线引入仿生TBM滚刀刀圈，并且周向阵列形成仿生斜齿滚刀，仿生斜齿滚刀包括工作面和刃侧面；拟合曲线的端点分别标记为B、C、D、E，本步骤中的标号B、C、D、E分别与步骤S1中的B′、C′、D′、E′对应；

所述步骤S3中，拟合曲线B、C、D、E分别形成为仿生斜齿端部曲线BC圆弧段、仿生斜齿端部曲线CD圆弧段；仿生斜齿端部曲线DE圆弧段，仿生滚刀刀圈的刀圈中心用O表示；仿生斜齿端部曲线BC圆弧段的圆心用O1表示，其对应半径用r1表示；仿生斜齿端部曲线CD圆弧段的圆心用O2表示，其对应半径用r2表示；仿生斜齿端部曲线DE圆弧段的圆心用O3表示，其对应半径用r3表示，圆弧DE段对应的弧度用α表示；仿生斜齿滚刀工作面与刃侧面优化半径用r4表示；

S4、在仿生斜齿滚刀在滚压过程中工作过程中，刀圈的侧面与工作面承受不稳定冲击磨粒磨损，因此对工作面与刃侧面进行优化；

所述步骤S4中还包括以下子步骤：

S41、将仿生斜齿刀圈的外包络圆与DE圆弧段圆弧重合；

S42、通过控制α的大小控制控制ED圆弧的弧长，进而控制仿生斜齿的结构不连续性；

S43、以r4对斜齿工作面和刃侧边进行圆弧处理，使工作面与刃侧面具有良好过渡状态，减少应力集中。

2.根据权利要求1所述的一种基于犬齿结构的TBM仿生刀圈刃形设计及其优化方法，其特征在于，所述步骤S1中的逆向工程技术为通过geomagic软件进行逆向工程。

3.根据权利要求2所述的一种基于犬齿结构的TBM仿生刀圈刃形设计及其优化方法，其特征在于，所述步骤S2中的拟合是通过采用geomagic软件内置的算法进行拟合。

4.根据权利要求1所述的一种基于犬齿结构的TBM仿生刀圈刃形设计及其优化方法，其特征在于，所述步骤S3中TBM滚刀刀圈为TBM全断面隧道掘进机的刀圈结构。

5.根据权利要求1所述的一种基于犬齿结构的TBM仿生刀圈刃形设计及其优化方法，其特征在于，所述步骤S41中仿生斜齿刀圈的外包络圆即仿生斜齿滚刀中内切各齿尖的圆，外包络圆与DE圆弧段圆弧重合即为即将DE段圆弧的圆心与仿生斜齿刀圈的圆心重合，使DE段圆弧半径等于仿生斜齿滚刀的包络圆半径。

6.根据权利要求1所述的一种基于犬齿结构的TBM仿生刀圈刃形设计及其优化方法，其特征在于，所述步骤S42中α的取值范围为0.075rad到0.162rad，rad为弧度单位，其中α取值0.116rad为最优值。

7.根据权利要求1所述的一种基于犬齿结构的TBM仿生刀圈刃形设计及其优化方法，其特征在于，所述步骤S43中圆弧处理为将工作面和刃侧边进行倒圆角处理。