一种基于CSM模型的盾构机盘形滚刀磨损速率估算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于CSM模型的盾构机盘形滚刀磨损速率估算方法，包括：S1、计算滑动单位长度时盘形滚刀磨损总体积；S2、基于盘形滚刀磨损总体积，计算盘形滚刀转动一圈时滚刀径向的磨损量；S3、根据滚刀径向的磨损量，计算盘形滚刀磨损速率。本发明专利技术提供一种以CSM受力模型为基础的盘形滚刀磨损速率估算方法，能在准确、快速地确定盾构盘形滚刀的磨损速率，提高施工效率和安全性。施工效率和安全性。施工效率和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CSM模型的盾构机盘形滚刀磨损速率估算方法


[0001]本专利技术属于工程建筑
，具体涉及一种基于CSM模型的盾构机盘形滚刀磨损速率估算方法。

技术介绍

[0002]盾构机在施工时刀具损坏严重(其中滚刀损坏最为显著，而滚刀多为盘形)，使得需要频繁换刀或开舱检测刀具磨损，大大制约了施工进度，若能在保证一定准确性的基础上快速地确定盾构滚刀的磨损速率，则能确定盾构机合适的换刀时机，提高施工效率和安全性。
[0003]确定盾构滚刀的磨损速率有两种常用方法，一种是力学分析法：以滚刀破岩力学模型和磨损机理为基础，通过严谨的力学理论推导出滚刀的磨损速率计算公式，其缺点在于计算繁琐，效率低；另一种是数值模拟：利用离散元软件(如PFC 3D)建立数值模型，模拟刀盘掘削岩土体，进而分析计算得到滚刀的磨损速率，其缺点在于计算速度慢，对计算机算力的要求高。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的基于CSM模型的盾构机盘形滚刀磨损速率估算方法解决了现有滚刀磨损速率计算过程繁琐及效率低的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于CSM模型的盾构机盘形滚刀磨损速率估算方法，包括以下步骤：
[0006]S1、计算滑动单位长度时盘形滚刀磨损总体积；
[0007]S2、基于盘形滚刀磨损总体积，计算盘形滚刀转动一圈时滚刀径向的磨损量；
[0008]S3、根据滚刀径向的磨损量，计算盘形滚刀磨损速率。
[0009]进一步地，所述步骤S1中，盘形滚刀磨损总体积Q为：
[0010]Q＝Q
ml
+Q
nz
+Q
pl
+Q
cz
≈1.3Q
ml
[0011]式中，Q
ml
为滑动单位长度时的滚刀径向磨粒磨损体积，Q
nz
为滑动单位长度时的滚刀黏着磨损体积，Q
pl
为滑动单位长度时的滚刀疲劳磨损体积，Q
cz
为滑动单位长度时的滚刀冲击磨损体积。
[0012]进一步地，所述滑动单位长度时的滚刀径向磨粒磨损体积Q
ml
为：
[0013][0014]式中，k1为磨粒磨损系数，F
R
为盘形滚刀所受径向力，σ
s
为被磨材料的屈服强度。
[0015]进一步地，基于CSM模型计算盘形滚刀所受径向力F
R
，其计算公式为：
[0016][0017]式中，ψ为盘形滚刀刀尖的压力分布系数，为盘形滚刀与岩石的接触角，R0为盘形滚刀半径，T为滚刀刀刃宽度，s为刀刃间距，σ
t
为被磨岩石抗剪强度，σ
c
为岩石单轴抗压强度。
[0018]进一步地，所述步骤S2中，盘形滚刀转动一圈时滚刀径向的磨损量δ
r
为：
[0019][0020]式中，L为盘形滚刀转动1圈时的滑动弧长。
[0021]进一步地，所述步骤S3中，盘形滚刀磨损速率为：
[0022][0023]式中，h为贯入度，R
i
为盘形滚刀的安装半径，为盘形滚刀公转一圈时的自转圈数。
[0024]进一步地，所述盘形滚刀刀尖的压力分布系数ψ∈[
‑
0.2,0.2]，且当滚刀锋利呈V形时取0.2，刀尖较宽取
‑
0.2。
[0025]本专利技术的有益效果为：
[0026](1)本专利技术提供一种以CSM受力模型为基础的盘形滚刀磨损速率估算方法，能在准确、快速地确定盾构盘形滚刀的磨损速率，提高施工效率和安全性。
[0027](2)本专利技术方法在计算磨损速率时，基于施工经验，只计算主体磨损量(磨粒磨损)，再通过乘一个偏安全的系数，即可得到近似的总磨损量，大大简化计算，提高计算效率。
[0028](3)本专利技术方法基于力学理论(CSM受力模型)，构建滚刀所受垂直力的计算公式，保证了准确性。
附图说明
[0029]图1为本专利技术提供的基于CSM模型的盾构机盘形滚刀磨损速率估算方法流程图。
[0030]图2为本专利技术提供基于CSM模型的滚刀磨损速率估算结果与PFC 3D离散元软件的数值结果对比图。
具体实施方式
[0031]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0032]实施例1：
[0033]本专利技术实施例提供了一种基于CSM模型的盾构机盘形滚刀磨损速率估算方法，其特征在于，如图1所示，包括以下步骤：
[0034]S1、计算滑动单位长度时盘形滚刀磨损总体积；
[0035]S2、基于盘形滚刀磨损总体积，计算盘形滚刀转动一圈时滚刀径向的磨损量；
[0036]S3、根据滚刀径向的磨损量，计算盘形滚刀磨损速率。
[0037]本专利技术实施例的步骤S1中，盘形滚刀磨损总体积Q为：
[0038]Q＝Q
ml
+Q
nz
+Q
pl
+Q
cz
≈1.3Q
ml
[0039]式中，Q
ml
为滑动单位长度时的滚刀径向磨粒磨损体积，Q
nz
为滑动单位长度时的滚刀黏着磨损体积，Q
pl
为滑动单位长度时的滚刀疲劳磨损体积，Q
cz
为滑动单位长度时的滚刀冲击磨损体积；在本实施例中滚刀的磨损主要以磨粒磨损为主，由工程经验统计结果得知Q
ml
≥0.8Q，则Q≤1.25Q
ml
，取最不利情况，Q＝1.25Q
ml
，即Q
ml
占有80％以上，所以存在Q≈1.3Q
ml
的关系。
[0040]其中，滑动单位长度时的滚刀径向磨粒磨损体积Q
ml
为：
[0041][0042]式中，k1为磨粒磨损系数，F
R
为盘形滚刀所受径向力，σ
s
为被磨材料的屈服强度。
[0043]在本实施例中，基于CSM模型计算盘形滚刀所受径向力F
R
，其计算公式为：
[0044][0045]式中，ψ为盘形滚刀刀尖的压力分布系数，为盘形滚刀与岩石的接触角，R0为盘形滚刀半径，T为滚刀刀刃宽度，s为刀刃间距，σ
t
为被磨岩石抗剪强度，σ
c
为岩石单轴抗压强度。
[0046]具体地，在本实施例中，盘形滚刀刀尖的压力分布系数ψ∈[
‑
0.2,0.2]，且当滚刀锋利呈V形时取0.2，刀尖较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CSM模型的盾构机盘形滚刀磨损速率估算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、计算滑动单位长度时盘形滚刀磨损总体积；S2、基于盘形滚刀磨损总体积，计算盘形滚刀转动一圈时滚刀径向的磨损量；S3、根据滚刀径向的磨损量，计算盘形滚刀磨损速率。2.根据权利要求1所述的基于CSM模型的盾构机盘形滚刀磨损速率估算方法，其特征在于，所述步骤S1中，盘形滚刀磨损总体积Q为：Q＝Q
ml
+Q
nz
+Q
pl
+Q
cz
≈1.3Q
ml
式中，Q
ml
为滑动单位长度时的滚刀径向磨粒磨损体积，Q
nz
为滑动单位长度时的滚刀黏着磨损体积，Q
pl
为滑动单位长度时的滚刀疲劳磨损体积，Q
cz
为滑动单位长度时的滚刀冲击磨损体积。3.根据权利要求2所述的基于CSM模型的盾构机盘形滚刀磨损速率估算方法，其特征在于，所述滑动单位长度时的滚刀径向磨粒磨损体积Q
ml
为：式中，k1为磨粒磨损系数，F
R
为盘形滚刀所受径向力，σ
s
...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏启祥，李伟平，周坤，蔡俊华，刘记，任军楠，
申请(专利权)人：广东省铁路规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：