【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道施工设备tbm，主要是对现有tbm成套施工设备的改良升级，确切说是一种tbm伞形刀盘及伞形变换方法。
技术介绍
1、传统的tbm都是根据隧洞工程的设计要求进行设备定制，完全按照一个隧洞工程对应生产一台tbm。然而，我国的隧洞工程在公路、铁路、水利水电工程、城市地铁等领域应用非常广泛，每个领域的使用功能不同，设计的断面形状和尺寸也不一样，公路隧洞一般为双车道，隧洞断面设计直径为12m左右，铁路隧道为马蹄形，一般设计断面为10m左右，水利水电工程，根据引水流量，一般设计断面为6m至14m，因此为铁路隧洞定制的tbm，对公路隧洞断面的变化表现得无能为力，为公路隧洞定制的tbm，又不能应用于水利水电工程等隧洞的工程。如果通过改造tbm的规格，去满足不同断面隧洞施工的要求，那么装备改造难度大，工程造价高非常高昂。
2、如何开发一款能满足不同工程、不同直径的隧洞施工的通用tbm，既能提高了tbm的通用性与实用性，又提高tbm掘进效率，降低工程造价。是当前摆在tbm研究开发技术人员面前的一道难题。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供一种tbm伞形刀盘及伞形变换方法，是通过不改变主刀盘尺寸，以主刀盘为基础刀盘，在基础刀盘外沿增加多级变形刀盘，实现同一台tbm通过伞形刀盘缩小或扩大来适应不用断面隧道tbm施工，把tbm从定制装备变为通用设备，来适应不同隧洞断面开挖的要求；通过轨迹方程来控制伞形变换直径，满足灵活扩大或缩小tbm刀盘的要求，可大大提高tbm
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种tbm伞形刀盘及伞形变换方法，包括伞形刀盘装置及伞形刀盘变换方法，其特征在于：所述伞形刀盘装置包括tbm主梁、基础刀盘、多级刀盘、升降系统；在所述tbm主梁左端设置基础刀盘，在所述基础刀盘上下端设置基础刀盘与伞形刀盘连接绞，在所述基础刀盘与伞形刀盘连接绞上设置一级刀盘；在一级刀盘后端设置二级刀盘，在二级刀盘后端设置多级刀盘；
4、所述升降系统包括，本级刀盘、前伞架连杆、后伞架连杆、伸缩油缸，在所述tbm主梁与本级刀盘之间设置前伞架连杆和后伞架连杆；在所述的前伞架连杆和后伞架连杆之间设置伸缩油缸，所述伸缩油缸的上端与后伞架连杆中断设置的连接绞连接，下端与前伞架连杆和后伞架连杆之间的tbm主梁上设置的连接绞连接；
5、所述伞形刀盘变换方法包括，tbm总控室的plc、液电控制系统、升降系统、运动轨迹方程；所述升降系统的伸缩油缸与液电控制系统分别连接，所述液电控制系统与tbm总控室的plc连接，所述tbm总控室的plc由运动轨迹方程指挥各级伞形刀盘的伞形变换；
6、所述运动轨迹方程：
7、第一步，将一级刀盘及升降系统设定为d1，二级刀盘及升降系统设定为d2，n级刀盘及升降系统设定为dn，n级刀盘尾端距tbm主梁的垂直距离为rn；
8、第二步，以n级刀盘及多级升降系统dn为例，对n级刀盘及升降系统dn的变换方法进行设定：前伞架连杆与tbm主梁的绞结点为a，后伞架连杆与tbm主梁的绞结点为c，a与c之间的伸缩油缸绞结点为b，后伞架连杆中段的伸缩油缸绞结点为d，前伞架连杆与n级刀盘绞结点为e，后伞架连杆与n级刀盘绞结点为f，后伞架连杆与tbm主梁的夹角为β；
9、第三步，设定伸缩油缸的固定段长度为a，伸缩段长度为δa，伸缩油缸下端tbm主梁上设置的连接绞，距后伞架连杆在tbm主梁上连接绞的长度为b，后伞架连杆在tbm主梁上连接绞，距伸缩油缸上端与后伞架连杆中断设置的连接绞的长度为c；通过变换δa和rn的长度，β角度的方法，使n级刀盘及升降系统dn实现灵活扩大或缩小；
10、其运算公式为：
11、已知：b＝bc，c＝cd，d＝cf
12、设计：a+δa＝bd
13、角度β为，(a+δa)2＝b2+c2-2bc·cos(π-β)
14、则轨迹方程为rn＝dn·sinβ。
15、进一步：一级刀盘的变形方法，在所述基础刀盘与伞形刀盘连接绞上设置一级刀盘；在一级刀盘与所述tbm主梁之间设置一级升降系统，通过升缩油缸推动或拖拉伞架连杆，实现一级刀盘升缩，从而实现一级刀盘变形。
16、进一步：二级刀盘的变形方法，在一级刀盘后端设置二级刀盘，在二级刀盘与所述tbm主梁之间设置二级升降系统，通过升缩油缸推动或拖拉伞架连杆，实现二级刀盘升缩，从而实现二级刀盘变形。
17、进一步：n级刀盘的变形方法，在二级刀盘后端设置n级刀盘，在n级刀盘与所述tbm主梁之间设置n级升降系统，通过升缩油缸推动或拖拉伞架连杆，实现n级刀盘升缩，从而实现n级刀盘变形。
18、本专利技术的有益效果主要表现在以下方面：
19、一)本专利技术提供一种tbm伞形刀盘及伞形变换方法，设置一级刀盘，实现多级变形。是通过在所述tbm主梁左端设置基础刀盘，在所述基础刀盘上下端设置基础刀盘与伞形刀盘连接绞，在所述基础刀盘与伞形刀盘连接绞上设置一级刀盘；在一级刀盘后端设置二级刀盘，在二级刀盘后端设置多级刀盘；来满足灵活扩大或缩小tbm刀盘的要求，可大大提高tbm装备的适应性和利用率、降低工程造价、适应不同工程、不同隧洞的tbm施工。
20、二)本专利技术提供一种tbm伞形刀盘及伞形变换方法，实现同一台tbm适应不同直径的隧洞。是通过在所述tbm主梁与本级刀盘之间设置前伞架连杆和后伞架连杆；在所述的前伞架连杆和后伞架连杆之间设置伸缩油缸，所述伸缩油缸的上端与后伞架连杆中断设置的连接绞连接，下端与前伞架连杆和后伞架连杆之间的tbm主梁上设置的连接绞连接；来实现同一台tbm通过伞形刀盘缩小或扩大，适应不用断面隧道tbm施工，把tbm从定制装备变为通用设备，来适应不同隧洞断面开挖的要求。
21、三)本专利技术提供一种tbm伞形刀盘及伞形变换方法，控制伞形刀盘直径变换。是将一级刀盘及升降系统设定为d1，二级刀盘及升降系统设定为d2，n级刀盘及升降系统设定为dn，n级刀盘尾端距tbm主梁的垂直距离为rn；通过变换δa和rn的长度，β角度的方法，使n级刀盘及升降系统dn灵活扩大或缩小，来控制伞形刀盘变换直径；实现提高了tbm的通用性与实用性，提高掘进效率，降低工程造价的优点。可以应用在公路、铁路、城市地铁、水利水电工程等领域，具有广泛应用前景和推广价值。
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1.一种TBM伞形刀盘及伞形变换方法，包括伞形刀盘装置及伞形刀盘变换方法，其特征在于：所述伞形刀盘装置包括TBM主梁(8)、基础刀盘(1)、多级刀盘、升降系统；在所述TBM主梁(8)左端设置基础刀盘(1)，在所述基础刀盘(1)上下端设置基础刀盘(1)与伞形刀盘连接绞，在所述基础刀盘(1)与伞形刀盘连接绞上设置一级刀盘(2)；在一级刀盘(2)后端设置二级刀盘(6)，在二级刀盘(6)后端设置多级刀盘；
2.根据权利要求书1所述的一种TBM伞形刀盘及伞形变换方法，其特征在于：一级刀盘(2)的变形方法，在所述基础刀盘(1)与伞形刀盘连接绞上设置一级刀盘(2)；在一级刀盘(2)与所述TBM主梁(8)之间设置一级升降系统，通过升缩油缸推动或拖拉伞架连杆，实现一级刀盘(2)升缩，从而实现一级刀盘(2)变形。
3.根据权利要求书1所述的一种TBM伞形刀盘及伞形变换方法，其特征在于：二级刀盘(6)的变形方法，在一级刀盘(2)后端设置二级刀盘(6)，在二级刀盘(6)与所述TBM主梁(8)之间设置二级升降系统，通过升缩油缸推动或拖拉伞架连杆，实现二级刀盘(6)升缩，从而实现二级
4.根据权利要求书1所述的一种TBM伞形刀盘及伞形变换方法，其特征在于：N级刀盘(7)的变形方法，在二级刀盘(6)后端设置N级刀盘(7)，在N级刀盘(7)与所述TBM主梁(8)之间设置N级升降系统，通过升缩油缸推动或拖拉伞架连杆，实现N级刀盘(7)升缩，从而实现N级刀盘(7)变形。
...【技术特征摘要】
1.一种tbm伞形刀盘及伞形变换方法，包括伞形刀盘装置及伞形刀盘变换方法，其特征在于：所述伞形刀盘装置包括tbm主梁(8)、基础刀盘(1)、多级刀盘、升降系统；在所述tbm主梁(8)左端设置基础刀盘(1)，在所述基础刀盘(1)上下端设置基础刀盘(1)与伞形刀盘连接绞，在所述基础刀盘(1)与伞形刀盘连接绞上设置一级刀盘(2)；在一级刀盘(2)后端设置二级刀盘(6)，在二级刀盘(6)后端设置多级刀盘；
2.根据权利要求书1所述的一种tbm伞形刀盘及伞形变换方法，其特征在于：一级刀盘(2)的变形方法，在所述基础刀盘(1)与伞形刀盘连接绞上设置一级刀盘(2)；在一级刀盘(2)与所述tbm主梁(8)之间设置一级升降系统，通过升缩油缸推动或拖拉伞...
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