盘形滚刀正刀和中心滚刀的节能安装方法

摘要

本发明属于全断面岩石掘进机和盾构平面刀盘上盘形滚刀正刀和中心滚刀安装技术领域，特别涉及一种盘形滚刀正刀和中心滚刀的节能安装方法。采用的技术方案为，在盘形滚刀正刀和中心滚刀轴承座面上加工一倾斜角为ψ

说明书

技术领域

本发明属于全断面岩石掘进机和盾构平面刀盘上盘形滚刀正刀和中心滚刀安装技术领域，特别涉及一种盘形滚刀正刀和中心滚刀的节能安装方法。

背景技术

目前全断面隧道掘进机平面刀盘上盘形滚刀正刀和中心滚刀在刀盘上的安装全为正安装，即：盘形滚刀正刀和中心滚刀刃所在平面与刀盘面垂直(图1)。采用这种安装方式，据一般工程统计资料，刀具消耗费用一般占工程造价的五分之一至四分之一，当地质条件不好时，如在节理不发育或较不发育地段，刀具的消耗费用就达工程造价的三分之一左右、而更换刀具用去的时间也将达到工程工期的三分之一左右，其中刀具消耗量的百分之80以上是由于刀具磨损造成的。我们经过理论推算和相关试验证明在平面刀盘上盘形滚刀磨损主要是由其侧滑引起的，盘形滚刀正刀和中心滚刀的节能安装是将盘形滚刀正刀和中心滚刀破岩刃的侧滑量减小到零的安装方式，从而延长盘形滚刀正刀和中心滚刀的使用寿命、减小盘形滚刀正刀和中心滚刀更换次数，提高隧道掘进机的作业效率并降低其能量消耗。

发明内容

为减小盘形滚刀正刀和中心滚刀工作时的磨损量和能量消耗，提高隧道掘进机的作业效率，本发明提供了一种盘形滚刀正刀和中心滚刀的节能安装方法。

本发明采用的技术方案为：

在盘形滚刀正刀和中心滚刀轴承座面上加工一倾斜角为ψ_i的斜面，该倾斜角ψ_i大小的计算依据是使盘形滚刀正刀和中心滚刀刃破岩过程中基本不产生侧滑，即使盘形滚刀正刀和中心滚刀刃接岩前锋点正对着其轨迹圆上的最大侵深点，则：

${\Psi }_i=\arctan [\frac{D_i}{2p}-\sqrt{{\left(\frac{D_i}{2p}\right)}^2+\frac{d}{p}-1}];$

其中，d为盘形滚刀正刀或中心滚刀直径；p为盘形滚刀正刀或中心滚刀贯入度，即每转刀盘掘进量；D_i为第i把盘形滚刀正刀或中心滚刀的轨迹圆直径；i为大于等于1的整数。

本发明的有益效果为：

采用该安装方法扩大了盘形滚刀正刀和中心滚刀破岩自由面，减小全断面隧道掘进机作业中的盘形滚刀正刀和中心滚刀磨损量和消耗量，减小全断面隧道掘进机施工中的能量消耗和成本、缩短工程工期。

附图说明

图1为盘形滚刀正刀或中心滚刀正安装的示意图；

图2为本发明中盘形滚刀正刀或中心滚刀倾斜安装的示意图；

图3为盘形滚刀正刀或中心滚刀安装的整体结构示意图；

图4为盘形滚刀正刀或中心滚刀轴承座的示意图；

图5为盘形滚刀正刀或中心滚刀轴承座上螺孔位置示意图；

图6为盘形滚刀正刀或中心滚刀安装的正视原理图；

图7为盘形滚刀正刀或中心滚刀安装的俯视原理图。

图中标号：

1-盘形滚刀正刀或中心滚刀；2-托架；3-垫块；4-盘形滚刀正刀或中心滚刀轴承座；5-刀盘。

具体实施方式

本发明提供了一种盘形滚刀正刀和中心滚刀的节能安装方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图2、图3和图4所示，盘形滚刀正刀或中心滚刀轴承座4固定于刀盘5上；在盘形滚刀正刀或中心滚刀轴承座4上设置垫块3；在垫块3上设置托架2和盘形滚刀正刀或中心滚刀1；盘形滚刀正刀或中心滚刀1的轴承座面与刀盘平面夹角为ψ_i。

图6和图7为本发明的原理图。图中，0’为盘形滚刀正刀或中心滚刀中心；A为盘形滚刀正刀或中心滚刀破岩前锋点；B为盘形滚刀正刀或中心滚刀破岩前锋点在通过其最大侵深点半经上的投影；C为盘形滚刀正刀或中心滚刀最大侵深点；D为盘形滚刀正刀或中心滚刀平面滚动时，A点至最大侵深时的位置；A’为盘形滚刀正刀或中心滚刀破岩前锋点；B’为盘形滚刀正刀或中心滚刀破岩前锋点在通过其最大侵深点半径上的投影；F为与盘形滚刀正刀或中心滚刀破岩前锋点相应的盘形滚刀正刀或中心滚刀破岩轨迹圆上方的点；E为与盘形滚刀正刀或中心滚刀破岩前锋点相应的盘形滚刀正刀或中心滚刀破岩轨迹圆上方的点在通过刀盘轴线和盘形滚刀正刀或中心滚刀最大侵深点平面上的投影；0为盘形滚刀正刀或中心滚刀轨迹圆圆心。

$\overline{O^{\prime }B}=\frac{d}{2}-p;$

$\overline{\mathrm{AB}}=\overline{A^{\prime }{B}^{\prime }}=\overline{\mathrm{FE}}=\sqrt{{\overline{O^{\prime }A}}^2-{\overline{O^{\prime }B}}^2}=\sqrt{\mathrm{dp}-p^2};$

$\overline{\mathrm{OE}}=\sqrt{{\overline{\mathrm{OF}}}^2-{\overline{\mathrm{EF}}}^2}=\sqrt{{\left(\frac{D_i}{2}\right)}^2+\mathrm{dp}-p^2};$

$\overline{A^{\prime }F}=\overline{B^{\prime }E}=\frac{D_i}{2}-\sqrt{{\left(\frac{D_i}{2}\right)}^2+\mathrm{dp}-p^2};$

则可得到刀刃面倾角为：

${\Psi }_i=\arctan \frac{\overline{A^{\prime }F}}{\overline{\mathrm{AD}}}=\arctan [\frac{D_i}{2p}-\sqrt{{\left(\frac{D_i}{2p}\right)}^2+\frac{d}{p}-1}].$

式中：

d-盘形滚刀正刀或中心滚刀直径(mm)；

D_i-第i把盘形滚刀正刀或中心滚刀的轨迹圆直径(mm)；

ψ_i-第i把盘形滚刀正刀或中心滚刀在刀盘上的节能安装角(rad)；

p-盘形滚刀正刀或中心滚刀贯入度，即每转刀盘掘进量(mm)；

-全断面隧道掘进机掘进速度(m/s)

具体可采下列方式实现：

对盘形滚刀正刀和中心滚刀刀盘轴承座面加工成图4所示斜面，其余尺寸同目前在使用的盘形滚刀安装尺寸。