CN101418691B - 一种内外侧刃角不对称盘形滚刀正刀圈 - Google Patents

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Abstract

本发明属于盘形滚刀设备，特别涉及一种在全断面隧道掘进机(全断面岩石掘进机及盾构)刀盘上安装的内外侧刃角不对称盘形滚刀正刀圈。所述盘形滚刀正刀圈刃两侧面关于其刀刃所在平面不对称，其内侧刃角比外侧刃角小2α角度。本发明的内外侧刃角不对称设计不仅减小了盘形滚刀正刀圈的侧滑量，也增大了盘形滚刀正刀圈破岩自由面积，既可有效降低盘形滚刀正刀圈破岩时的消耗量，提高盘形滚刀正刀圈寿命，还可在破岩量相同的情况下有效降低破岩的能量消耗，初步估算可降低盘形滚刀正刀圈的消耗量20％左右，降低能量消耗7％左右，从而提高全断面隧道掘进机利用率。

Description

一种内外侧刃角不对称盘形滚刀正刀圈
技术领域
本发明属于盘形滚刀设备，特别涉及一种在全断面隧道掘进机(全断面岩石掘进机及盾构)刀盘上安装的内外侧刃角不对称盘形滚刀正刀圈。
背景技术
目前全断面隧道掘进机刀盘上的正刀和中心滚刀刃侧面的几何形状为关于其刀刃所在平面对称，这种刀具在使用中磨损较快、消耗量也较大，需要经常更换，提高了施工成本。如何减少滚刀在施工中的磨损，提高滚刀的寿命是目前研究的一项重要的课题。
发明内容
本发明针对内外侧刃角对称盘形滚刀正刀圈磨损快、寿命短的缺点，提供了一种内外侧刃角不对称盘形滚刀正刀圈，其特征在于，盘形滚刀正刀圈刃两侧面关于其刀刃所在平面不对称，其内侧刃角比外侧刃角小2α角度。
所述 α = arctan r R i , 其中，r为盘形滚刀正刀圈半径，Ri为盘形滚刀正刀圈在刀盘上的安装半径。
本发明的有益效果为：内外侧刃角不对称设计不仅减小了盘形滚刀正刀圈的侧滑量，也增大了盘形滚刀正刀圈破岩自由面积，可有效降低盘形滚刀正刀圈破岩时的消耗量，提高了盘形滚刀正刀圈寿命，还可有效降低盘形滚刀正刀圈破岩时的能量消耗，初步估算可降低盘形滚刀正刀圈的消耗量20％左右，降低能量消耗7％左右，提高全断面隧道掘进机利用率。
附图说明
图1为本发明所述盘形滚刀正刀圈的轴截面示意图；
图2(a)为盘形滚刀正刀圈破岩点A速度分解主视图；
图2(b)为盘形滚刀正刀圈破岩点A速度分解俯视图。
图中标号：
1-盘形滚刀正刀圈。
具体实施方式
本发明提供了一种内外侧刃角不对称盘形滚刀正刀圈，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。
首先对各个参数的设定进行说明：
φ—盘形滚刀正刀圈刃角(rad)；
r—盘形滚刀正刀圈半径(mm)；
H—盘形滚刀正刀圈厚度(mm)；
δ—盘形滚刀正刀圈刃角圆半径(mm)；
R—刀盘半径(mm)；
α—盘形滚刀正刀圈不平衡角(rad)；
Ri—盘形滚刀正刀圈在刀盘上的安装半径(mm)；
θi—盘形滚刀正刀圈接岩圆心角(rad)；
A—盘形滚刀正刀圈破岩刃上一点；
Pi—点A所在极径(mm)；
Figure G2008102277668D00021
—与点A所在极径对应的极角(rad)；
Vr—A点相对运动速度(m/s)；
Figure G2008102277668D00022
—A点牵连运动速度矢量(m/s)；
Figure G2008102277668D00023
—A点牵连运动速度矢量在平行于刀刃所在平面上的分量(m/s)；
—A点牵连运动速度矢量在垂直于刀刃所在平面上的分量(m/s)；
Figure G2008102277668D00031
点牵连运动速度分量
Figure G2008102277668D00032
在盘形滚刀正刀圈半径方向上的分矢量(m/s)；
Figure G2008102277668D00033
点牵连运动速度分量
Figure G2008102277668D00034
在垂直于盘形滚刀正刀圈半径方向的分矢量(m/s)；
图2(a)为盘形滚刀正刀圈破岩点A速度分解主视图；图2(b)为盘形滚刀正刀圈破岩点A速度分解俯视图。某瞬时，安装半径为Ri的盘形滚刀正刀圈破岩点A侵入岩石的速度由牵连运动速度和相对运动速度组成。因相对运动速度在盘形滚刀正刀圈破岩刃所在平面内，因此，只考虑牵连运动速度。则：
Figure G2008102277668D00037
Figure G2008102277668D00038
将进一步分解为
Figure G2008102277668D000310
和
Figure G2008102277668D000311
得：
Figure G2008102277668D000312
因此，盘形滚刀正刀圈内侧(向着刀盘轴线的侧面)的半刃角α的正切值为：
Figure G2008102277668D000313
由图2(b)所示几何关系，得
Figure G2008102277668D000314
将式(2)代入式(1)，得：
tan α = r R i , 即： α = arctan r R i - - - ( 3 )
此即盘形滚刀正刀圈破岩点侵入岩石的速度与竖直平面的夹角。考虑盘形滚刀正刀圈破碎岩石特点所需要的刃角φ，则本发明所述盘形滚刀正刀圈刃形角参见图1。
根据破碎岩石状况，若需盘形滚刀正刀圈刃角为φ，则盘形滚刀正刀圈安装半径不同，其内外侧刃角是不等的。其中盘形滚刀正刀圈内侧刃角(向着刀盘转动轴线的侧面)为：
Figure G2008102277668D00041
盘形滚刀正刀圈的外侧刃角(背着刀盘转动轴线的侧面)为：
实际使用中，考虑刀盘上盘形滚刀正刀圈的规格越少越好，也可以根据刀盘直径的不同将刀盘分成若干环域，此环域中各盘形滚刀正刀圈的规格相同。

Claims (1)

1.一种内外侧刃角不对称盘形滚刀正刀圈，其特征在于，盘形滚刀正刀圈刃两侧面关于其刀刃所在平面不对称，其内侧刃角比外侧刃角小2α角度；所述
Figure FSB00000089957300011
其中，r为盘形滚刀正刀圈半径，Ri为盘形滚刀正刀圈在刀盘上的安装半径。
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