隧道掘进机刀盘厚度的确定方法技术

本发明专利技术公开了隧道掘进机刀盘厚度的确定方法，包括以下步骤：S1，确定刀盘的材料；S3，刀盘半径的确定，S3，刀盘半径的确定；S4，刀盘半径与厚度关系的建立。本发明专利技术相较于传统的刀盘设计方案，在确定厚度前，先根据实地检测地层的抗压强度和强度特性，确定刀盘的材料，从而可以更准确的推算刀盘在施工时可能受到的应力及载荷分布，提高了确定厚度的准确度，通过刀盘半径和刀盘厚度关系的建立，以及刀盘半径与支撑轴承半径关系，来确定厚度，制备的刀盘可有效的减缓刀盘翘曲，并提高使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
隧道掘进机刀盘厚度的确定方法
本专利技术涉及掘进机
，尤其涉及隧道掘进机刀盘厚度的确定方法。
技术介绍
掘进机掘进机(Boringmachine)是用于平直地面开凿巷道的机器。按作业方式分为开敞式掘进机和护盾式掘进机。主要由行走机构、工作机构、装运机构和转载机构组成。随着行走机构向前推进，工作机构中的切割头不断破碎岩石，并将碎岩运走。有安全、高效和成巷质量好等优点。在设计刀盘时，刀盘厚度的确定是关键环节，刀盘薄了会使刀盘在工作变形和受力不均匀，还易产生振动，从而增大刀具磨损，影响其使用寿命，需要频繁更换，延长了施工工程工期，并增加了掘进机的施工成本，为此我们设计出了隧道掘进机刀盘厚度的确定方法来解决以上问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的隧道掘进机刀盘厚度的确定方法。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：隧道掘进机刀盘厚度的确定方法，包括以下步骤：S1，确定刀盘的材料；实地检测地层的抗压强度和强度特性，推算出刀盘会承受的最大应力σ，通过力学公式，其中，最大弯矩，其中，，在M一定的情况下，计算处符合应力范围的材料，通过对比可确定刀盘的材料;S2，建立坐标系求挠度：首选在刀盘的中面建立坐标系，其中，原点位于刀盘表面圆心处，Z轴与刀盘的轴线共线，然后根据弹性力学理论可求得刀盘挠度:y=qr4/64D-(qR02/32D)*r2+qR04/64D上式中，q-作用在刀盘上的面载荷，由围岩状况、掘进速度等确定；R0—刀盘半径；r—刀盘中面上一点至z轴的距离；D—刀盘弯曲刚度。S3，刀盘半径的确定：根据刀盘载荷集度及受力可算出，当刀盘半径R0是其支撑轴承半径R1的1.62～1.63倍，且刀盘内区的刀具数量与刀盘外区的刀具数量相等时，刀盘具有更好的作业效能，即R0=nR1，其中n的取值范围为1.62～1.63；S4，刀盘半径与厚度关系的建立：令中心处的挠度为0，可得出R0与r的关系，得到关系式R04+r4=R02r2，当r取刀盘中面上一点至z轴的最远距离，即为刀盘厚度，此时r与t相同，可得到R0与t的关系式R04+t4=R02t2。优选的，所述S1中刀盘材料屈服应力的一半大于刀盘可能受到的最大应力σ。优选的，所述S1中，在进行计算应力时，通过查阅型钢表可查阅和计算出得Iz和d的数值，可得出最大应力σ的数值。优选的，所述S2中，D=Et2/12（1-μ2），其中E为刀盘材料杨氏弹性模量，t为刀盘厚度，μ为刀盘材料泊松比。优选的，所述S3中，刀盘一般通过刀盘轴承安装在其机架上，刀盘与支撑轴承外圈由螺栓连接，刀盘以连接处为界限，分为内区和外区。本专利技术有益效果为：1、相较于传统的刀盘设计方案，在确定厚度前，先根据实地检测地层的抗压强度和强度特性，确定刀盘的材料，从而可以更准确的推算刀盘在施工时可能受到的应力及载荷分布，提高了确定厚度的准确度；2、通过刀盘半径和刀盘厚度关系的建立，以及刀盘半径与支撑轴承半径关系，来确定厚度，制备的刀盘可有效的减缓刀盘翘曲，并提高使用寿命。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例一隧道掘进机刀盘厚度的确定方法，包括以下步骤：S1，确定刀盘的材料；实地检测地层的抗压强度和强度特性，推算出刀盘会承受的最大应力σ，通过力学公式，其中，最大弯矩，其中，，在M一定的情况下，通过查阅型钢表可查阅和计算出得Iz和d的数值，计算处符合应力范围的材料，通过对比可确定刀盘的材料;S2，建立坐标系求挠度：首选在刀盘的中面建立坐标系，其中，原点位于刀盘表面圆心处，Z轴与刀盘的轴线共线，然后根据弹性力学理论可求得刀盘挠度:y=qr4/64D-(qR02/32D)*r2+qR04/64D上式中，q-作用在刀盘上的面载荷，由围岩状况、掘进速度等确定；R0—刀盘半径；r—刀盘中面上一点至z轴的距离；D—刀盘弯曲刚度。S3，刀盘半径的确定：根据刀盘载荷集度及受力可算出，当刀盘半径R0是其支撑轴承半径R1的1.62～1.63倍，且刀盘内区的刀具数量与刀盘外区的刀具数量相等时，刀盘具有更好的作业效能，即R0=nR1，其中n的取值范围为1.62～1.63；S4，刀盘半径与厚度关系的建立：令中心处的挠度为0，可得出R0与r的关系，得到关系式R04+r4=R02r2，当r取刀盘中面上一点至z轴的最远距离，即为刀盘厚度，此时r与t相同，可得到R0与t的关系式R04+t4=R02t2，代入具体的数值，即可算得刀盘厚度t的数值。实施例二隧道掘进机刀盘厚度的确定方法，包括以下步骤：S1，确定刀盘的材料；实地检测地层的抗压强度和强度特性，推算出刀盘会承受的最大应力σ，通过力学公式，其中，最大弯矩，其中，，在M一定的情况下，通过查阅型钢表可查阅和计算出得Iz和d的数值，计算处符合应力范围的材料，通过对比可确定刀盘的材料;S2，建立坐标系求挠度：首选在刀盘的中面建立坐标系，其中，原点位于刀盘表面圆心处，Z轴与刀盘的轴线共线，然后根据弹性力学理论可求得刀盘挠度:y=qr4/64D-(qR02/32D)*r2+qR04/64D上式中，q-作用在刀盘上的面载荷，由围岩状况、掘进速度等确定；R0—刀盘半径；r—刀盘中面上一点至z轴的距离；D—刀盘弯曲刚度。S3，刀盘半径的确定：根据刀盘载荷集度及受力可算出，当刀盘半径R0是其支撑轴承半径R1的1.62～1.63倍，且刀盘内区的刀具数量与刀盘外区的刀具数量相等时，刀盘具有更好的作业效能，即R0=nR1，其中n的取值范围为1.3-1.5；S4，刀盘半径与厚度关系的建立：令中心处的挠度为0，可得出R0与r的关系，得到关系式R04+r4=R02r2，当r取刀盘中面上一点至z轴的最远距离，即为刀盘厚度，此时r与t相同，可得到R0与t的关系式R04+t4=R02t2，代入具体的数值，即可算得刀盘厚度t的数值。在相同的条件下，对实施例一和实施例二制得的刀盘进行实验，得到实施例一中制备的刀盘相较于实施例二中的刀盘，刀盘翘曲度减小22％，刀盘以及支撑轴承的寿命提高12％。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，根据本专利技术的技术方案及其专利技术构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.隧道掘进机刀盘厚度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，确定刀盘的材料；实地检测地层的抗压强度和强度特性，推算出刀盘会承受的最大应力σ，通过力学公式

【技术特征摘要】
1.隧道掘进机刀盘厚度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，确定刀盘的材料；实地检测地层的抗压强度和强度特性，推算出刀盘会承受的最大应力σ，通过力学公式，其中，最大弯矩，其中，，在M一定的情况下，计算处符合应力范围的材料，通过对比可确定刀盘的材料;S2，建立坐标系求挠度：首选在刀盘的中面建立坐标系，其中，原点位于刀盘表面圆心处，Z轴与刀盘的轴线共线，然后根据弹性力学理论可求得刀盘挠度:y=qr4/64D-(qR02/32D)*r2+qR04/64D上式中，q-作用在刀盘上的面载荷，由围岩状况、掘进速度等确定；R0—刀盘半径；r—刀盘中面上一点至z轴的距离；D—刀盘弯曲刚度。2.S3，刀盘半径的确定：根据刀盘载荷集度及受力可算出，当刀盘半径R0是其支撑轴承半径R1的1.62～1.63倍，且刀盘内区的刀具数量与刀盘外区的刀具数量相等时，刀盘具有更好的作业效能，即R0=nR1，其中n的取值范围为1.62～1.63；S4，刀盘半径与厚度关...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷向东，王杨鹏，常巍峰，王红兵，郑伶箭，贾伟波，贾柏松，李志亮，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团盾构再制造有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12