CN104196541B

CN104196541B - 全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀等寿命布置方法

Info

Publication number: CN104196541B
Application number: CN201410373123.XA
Authority: CN
Inventors: 张照煌; 王磊; 李福田; 孙飞
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: CN104196541A

Abstract

本发明属于全断面隧道掘进机盘形滚刀布置技术领域，特别涉及一种全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀等寿命布置方法。首先计算刀盘上每个安装半径安装一把盘形滚刀时，刀盘转动一圈，各盘形滚刀上的破岩点走过的弧长然后取中的最小值定义为基数弧长通过公式计算刀盘上各安装半径所安装的盘形滚刀数量。本发明所述方法可减小盘形滚刀检测和更换时间，从而极大提高了全断面隧道掘进机功效，减轻了现场工程技术人员的劳动强度。

Description

全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀等寿命布置方法

技术领域

本发明属于全断面隧道掘进机盘形滚刀布置技术领域，特别涉及一种全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀等寿命布置方法。

背景技术

目前，全断面隧道掘进机刀盘上，每隔一个刀间距只安装一把盘形滚刀，从而导致刀盘上盘形滚刀磨损不均匀，安装半径越大，磨损越快，造成刀具的监测和更换频繁，掘进机利用率低，严重影响施工工期。据不完全统计，TBM施工工程刀具监测、更换耗时约是工程工期的五分之一至四分之一，当地质条件不好时，此值达三分之一左右。刀具成本与工程成本间的关系亦同此。

发明内容

本发明提供了一种全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀等寿命布置方法，能够使刀盘上各盘形滚刀的寿命基本相同，可以一次性更换所有刀具，节约工程成本。

本发明采用的技术方案按以下步骤进行：

(1)计算刀盘上每个安装半径安装一把盘形滚刀时，刀盘转动一圈，各盘形滚刀上的破岩点走过的弧长，具体为：

(101)计算各盘形滚刀在刀盘上的安装半径R_i，R_i＝R₀+iS，其中，i为刀盘上从内到外安装盘形滚刀的半径顺序号，R_o为盘形滚刀布置的基本参数，S为盘形滚刀的刀间距；

(102)计算各安装半径上盘形滚刀破岩刃上一点完成一次侵深破岩在岩石中走过的弧长s_i，

\begin{matrix} s_{i} = {&Integral;}_{0}^{h} \sqrt{\frac{r^{2}}{R_{i}^{2}} + \frac{2 r}{2 r - h}} dh \\ = \frac{2}{R_{i}} [\sqrt{r^{2} R_{i}^{2} + r^{3}} + R_{i}^{2} \ln (r \sqrt{2 r} + \sqrt{2 r R_{i}^{2} + {2 r}^{3}}) - \frac{\sqrt{2 r - R}}{2} \cdot \sqrt{2 r R_{i}^{2} + r^{2} (2 r - h)} \\ - R_{i}^{2} \ln (r \sqrt{2 r - h} + \sqrt{2 r R_{i}^{2} + r^{2} (2 r - h)})] \end{matrix},

其中，r为盘形滚刀的半径，h为刀盘每转切深；

(103)计算各安装半径上盘形滚刀在刀盘转一圈时的转动圈数l_j，

l_{j} = \frac{2 π R_{i}}{2 πr} = \frac{R_{0} + iS}{r};

(104)计算刀盘上该安装半径安装一把盘形滚刀时，刀盘转动一圈，盘形滚刀上的破岩点走过的弧长

(2)定义为基数弧长，则：

(3)计算刀盘上各安装半径所安装的盘形滚刀数量

(4)j_i为1的各安装半径上的盘形滚刀统一采用均匀分布方式，即每相邻两个安装半径上的盘形滚刀相隔的角度相等；

j_i不为1的各安装半径上的盘形滚刀在各自安装半径上分别采用均匀分布方式。

本发明的有益效果为：

本发明可减小盘形滚刀检测和更换时间，从而极大提高了全断面隧道掘进机功效，减轻了现场工程技术人员的劳动强度。

以全断面隧道掘进机掘进5621m刀盘上各盘形滚刀磨损量统计可以发现，采用本发明所述方法可减小盘形滚刀检测和更换时间约69％左右。

附图说明

图1为全断面隧道掘进机掘进5621m，各刀位盘形滚刀磨损量统计曲线。

具体实施方式

本发明提供了一种全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀等寿命布置方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明的基本设计思想为：刀盘转一周，使其上每把盘形滚刀破岩刃上破岩点在岩石中走过的弧长相等或基本相等，亦即：使全刀盘上盘形滚刀的破岩条件相同或基本相同，从而实现全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀的等寿命布置。

基于上述设计思想，具体的布置方法为：

\begin{matrix} s_{i} = {&Integral;}_{0}^{h} \sqrt{\frac{r^{2}}{R_{i}^{2}} + \frac{2 r}{2 r - h}} dh \\ = \frac{2}{R_{i}} [\sqrt{r^{2} R_{i}^{2} + r^{3}} + R_{i}^{2} \ln (r \sqrt{2 r} + \sqrt{2 r R_{i}^{2} + {2 r}^{3}}) - \frac{\sqrt{2 r - R}}{2} \cdot \sqrt{2 r R_{i}^{2} + r^{2} (2 r - h)} \\ - R_{i}^{2} \ln (r \sqrt{2 r - h} + \sqrt{2 r R_{i}^{2} + r^{2} (2 r - h)})] \end{matrix},

其中，r为盘形滚刀的半径，h为刀盘每转切深；

l_{j} = \frac{2 π R_{i}}{2 πr} = \frac{R_{0} + iS}{r};

(2)若为一常量或定值，则每把盘形滚刀破岩刃上的破岩点在刀盘转一周的条件下走过的弧长相等。在全断面隧道掘进机作业过程中，因每把盘形滚刀破岩条件基本相同，从而可实现它们的磨损量基本相同，从而实现在全刀盘上盘形滚刀的等寿命布置。

定义为基数弧长，则：

(3)因此，要实现刀盘转一周，其上各盘形滚刀刃破岩点在岩石中走过的弧长相等，刀盘上安装半径为R_i的圆上所安装的盘形滚刀数量

实施例：

根据地质条件，已知某全断面隧道掘进机盘形滚刀在刀盘上的安装参数见附表，综合考虑地质、工期和成本，预测盘形滚刀贯入度为7.87mm，根据上述分析，盘形滚刀在刀盘上的等寿命布置方法见附表所示。

采用现有方法和本发明所述方法布置的刀盘在全断面隧道掘进机掘进5621m后，刀盘上各盘形滚刀磨损量如图1所示，可以发现，本发明所述的方法可减小盘形滚刀检测和更换时间约69％左右，从而极大提高了全断面隧道掘进机功效，减轻了现场工程技术人员的劳动强度。

Claims

1.全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀等寿命布置方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(101)计算各盘形滚刀在刀盘上的安装半径R_i，R_i＝R₀+iS，其中，i为刀盘上从内到外安装盘形滚刀的半径顺序号，R_o为盘形滚刀布置的基本参数,即刀盘中心区半径，S为盘形滚刀的刀间距；

\begin{matrix} s_{i} = {&Integral;}_{0}^{h} \sqrt{\frac{r^{2}}{R_{i}^{2}} + \frac{2 r}{2 r - h}} d h \\ = \frac{2}{R_{i}} [\sqrt{r^{2} R_{i}^{2} + r^{3}} + R_{i}^{2} \ln (r \sqrt{2 r} + \sqrt{2 {rR}_{i}^{2} + 2 r^{3}}) - \frac{\sqrt{2 r - R}}{2} \cdot \sqrt{2 {rR}_{i}^{2} + r^{2} (2 r - h)}] \\ - R_{i}^{2} \ln (r \sqrt{2 r - h} + \sqrt{2 {rR}_{i}^{2} + r^{2} (2 r - h)}) \end{matrix},

其中，r为盘形滚刀的半径，h为刀盘每转切深；

l_{j} = \frac{2 {πR}_{i}}{2 π r} = \frac{R_{0} + i S}{r};

(2)定义为基数弧长，则：

(3)计算刀盘上各安装半径所安装的盘形滚刀数量