[发明专利]岩石隧道掘进机常截面盘形滚刀磨损状况的预测方法

摘要

本发明岩石隧道掘进机常截面盘形滚刀磨损状况的预测方法，涉及隧道掘进装备施工技术，从隧道施工中各种相关参数之间的六个相互关系的实时确定，包括确定岩石隧道掘进机的刀盘转速n、掘进速率v、刀盘扭矩T、刀盘推力F、进尺δ、切割系数C、滑移率s、滑动距离l_i、接触应力P、滚刀重量磨损量G和刀盘上第i号正面单刃常截面盘形滚刀的重量磨损量G_i之间的相互关系，以实现刀盘不同安装位置上的正面单刃常截面盘形滚刀磨损情况的实时预估，克服了现有技术存在的缺乏直接检测常截面盘形滚刀磨损的有效技术手段的缺陷。

主权项

1.岩石隧道掘进机常截面盘形滚刀磨损状况的预测方法，其特征在于具体步骤如下：第一步，确定岩石隧道掘进机的刀盘转速、掘进速率与进尺之间的相互关系：岩石隧道掘进机的刀盘转速、掘进速率与进尺之间的相互关系由以下公式(1)确定，公式(1)中：δ为岩石隧道掘进机的进尺，即刀盘每旋转一周该岩石隧道掘进机的掘进距离，单位为mm/r，v为岩石隧道掘进机的掘进速率，单位为mm/min，n为岩石隧道掘进机的刀盘转速，单位为r/min，岩石隧道掘进机的刀盘转速n和掘进速率v均是由安装于岩石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，确定岩石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：岩石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：C为岩石隧道掘进机的切割系数，N为安装于岩石隧道掘进机刀盘上的滚刀数量，r_i为安装于岩石隧道掘进机刀盘上第i号滚刀的安装半径，单位为m，为安装于岩石隧道掘进机刀盘上的N把滚刀的安装半径之和，单位为m，T为岩石隧道掘进机的刀盘扭矩，单位为KN·m，由安装于岩石隧道掘进机装备内部的数据采集系统实时采集，F为岩石隧道掘进机的刀盘推力，单位为KN，由安装于岩石隧道掘进机装备内部的数据采集系统实时采集；第三步，确定岩石隧道掘进机的进尺、切割系数与常截面盘形滚刀破岩时滑移率之间的相互关系：岩石隧道掘进机的进尺δ、岩石隧道掘进机的切割系数C与常截面盘形滚刀破岩时滑移率s之间存在相互关系，这一关系由以下公式(3)确定，s≈γ·δ^0.5·C^1.2       (3)公式(3)中：s为常截面盘形滚刀破岩时的滑移率，是无量纲参数，γ为常数；第四步，确定岩石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：岩石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由以下公式(4)确定，l_i＝sL_i＝γ·δ^0.5·C^1.2·nπr_it      (4)公式(4)中：l_i为岩石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，L_i为岩石隧道掘进机刀盘上第i号常截面盘形滚刀实际运动距离，单位为m，t为时间，单位为min；第五步，确定岩石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：岩石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(5)确定，公式(5)中：S为岩石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，d为常截面盘形滚刀刀刃宽度，单位为mm，α为岩石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；第六步，确定岩石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与岩石磨蚀特征系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：岩石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G与岩石磨蚀特征系数W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(6)确定，G＝k·W^a·P^b·l       (6)公式(6)中：l为该常截面盘形滚刀实际运动中的滑动距离，单位为m，k、a和b为常数，通过标准的环块磨损模拟试验方法得到；第七步，确定岩石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：岩石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(7)确定，G_i＝k·W^a·P^b·sL_i       (7)公式(7)中：G_i为岩石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，s为常截面盘形滚刀破岩时的滑移率，是无量纲参数，L_i为岩石隧道掘进机刀盘上第i号常截面盘形滚刀的实际运动距离；公式(1)中的岩石隧道掘进机的进尺δ、公式(2)中的岩石隧道掘进机的切割系数C、公式(3)中的常截面盘形滚刀破岩时的滑移率s、公式(4)中的为岩石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(5)中的岩石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(6)中的岩石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G和公式(7)中的岩石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G_i是由岩石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T和刀盘推力F，工程地质勘测得到的岩体参数岩石节理角α、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特征系数W以及磨损模拟试验得到的常数值k、a和b，通过计算机快速计算得出，从而完成岩石隧道掘进机常截面盘形滚刀磨损的预测。