一种盾构机复合刀盘刀具布置方法技术

本发明专利技术公开了一种盾构机复合刀盘刀具布置方法，复合刀盘采用面板式刀盘，包括切刀、滚刀的布置方法，利用公式等量计算切刀和滚刀的使用寿命，调整切刀与滚刀的安装直径，选择不同的材料，使两刀具寿命相同。本发明专利技术设计了盾构机刀盘刀具等寿命的方法，采用计算公式，计算出刀具掘进距离的磨损度，进一步估算出刀具在使用寿命内所掘进的距离，对比滚刀和切刀使用寿命，通过改变安装直径以及增减切刀和滚刀数量等方式，使得两者寿命接近，在刀具需要更换时，切刀和滚刀统一更换，减少了换刀次数，安全可靠，对盾构机工时有一定的保障作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于盾构机刀盘设计领域，尤其涉及一种盾构机复合刀盘刀具布置方法。
技术介绍
随着交通运输的繁荣，各种隧道、地铁等大型工程的兴建，对盾构机的需求量增多，对其性能要求越来越高，尤其针对复合地层的施工中，对盾构机刀盘的要求极其严格。盾构机刀盘刀具的选择是根据不同的地质条件而确定的，针对复合地层，刀具的布置应满足软弱土地和砂层、砂卵石地层以及岩石层等不同地层的掘进需求。复合地层的掘进工作复杂，刀具必须更换。刀具的更换需充分考虑到无气压和气压切换的方式，目前采用土压平衡的盾构机较多，在更换刀具时，必须采用气压切换。这种换刀环境给换刀带了很大的难度，稍有不慎，会引起相应的事故，导致工程遭到不必要的损失。因此，希望减少换刀次数和频率，针对不同刀具的不同使用寿命进行调整，使得不同刀具具有相同的使用寿命，从而获得相同的换刀时间，减少换刀次数，使盾构机换刀更加安全可靠。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术，提供一种有效减少换刀次数和频率的刀盘布置方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是：一种盾构机复合刀盘刀具布置方法，复合刀盘采用面板式刀盘，刀具包括ni把盘形滚刀和nj把切刀，刀盘中心配置盘形滚刀，周边为切刀和盘形滚刀混合配置；所述ni把盘形滚刀和nj把切刀在相同掘进距离时，同时到达极限磨损量；所述ni把盘形滚刀分布在多条掘削轨迹上，其中同一掘削轨迹上的盘形滚刀数量为n1把，且n1＞1，则该掘削轨迹上每把盘形滚刀的磨耗系数Kn1为其中K1为盘形滚刀的磨耗系数；由于盘形滚刀极限磨损量恒定，则同一掘削轨迹上盘形滚刀到达极限磨损量的掘进距离L1为：其中，δ1为盘形滚刀的极限磨损量，K1为盘形滚刀的磨耗系数，D1为盘形滚刀安装直径，N为刀盘的转动速度，V为掘进速度；所述nj把切刀分布在多条掘削轨迹上，其中同一掘削轨迹上的切刀数量为n2把，且n2＞1，则该掘削轨迹上每把切刀的磨耗系数Kn2为其中K2为切刀的磨耗系数；由于切刀极限磨损量恒定，则同一掘削轨迹上切刀到达极限磨损量的掘进距离L2为：其中，δ2为切刀的极限磨损量，K2为切刀的磨耗系数，D2为切刀安装直径，N为刀盘的转动速度；通过数学方法，分析计算出，当所述盘形滚刀掘进距离L1和切刀掘进距离L2数值接近时，盘形滚刀数量ni、盘形滚刀安装直径D1、切刀数量nj、切刀安装直径D2。本专利技术的有益效果是：本专利技术设计了盾构机刀盘刀具等寿命的方法，采用计算公式，根据刀具的磨损度、刀具在使用寿命内所掘进距离，通过改变安装直径以及增减切刀和滚刀数量等方式，使得两者寿命接近，在刀具需要更换时，切刀和滚刀统一更换，减少了换刀次数，安全可靠，对盾构机工时有一定的保障作用。具体实施方式下面将结合具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。本专利技术的一种盾构机复合刀盘刀具布置方法，复合刀盘采用面板式刀盘，刀具包括ni把盘形滚刀和nj把切刀，刀盘中心配置盘形滚刀，周边为切刀和盘形滚刀混合配置；所述ni把盘形滚刀和nj把切刀在相同掘进距离时，同时到达极限磨损量；所述ni把盘形滚刀分布在多条掘削轨迹上，其中同一掘削轨迹上的盘形滚刀数量为n1把，且n1＞1，则该掘削轨迹上每把盘形滚刀的磨耗系数Kn1为其中K1为盘形滚刀的磨耗系数；由于盘形滚刀极限磨损量恒定，则同一掘削轨迹上盘形滚刀到达极限磨损量的掘进距离L1为：其中，δ1为盘形滚刀的极限磨损量，K1为盘形滚刀的磨耗系数，D1为盘形滚刀安装直径，N为刀盘的转动速度，V为掘进速度；所述nj把切刀分布在多条掘削轨迹上，其中同一掘削轨迹上的切刀数量为n2把，且n2＞1，则该掘削轨迹上每把切刀的磨耗系数Kn2为其中K2为切刀的磨耗系数；由于切刀极限磨损量恒定，则同一掘削轨迹上切刀到达极限磨损量的掘进距离L2为：其中，δ2为切刀的极限磨损量，K2为切刀的磨耗系数，D2为切刀安装直径，N为刀盘的转动速度；通过数学方法，分析计算出，当所述盘形滚刀掘进距离L1和切刀掘进距离L2数值接近时，盘形滚刀数量ni、盘形滚刀安装直径D1、切刀数量nj、切刀安装直径D2。根据施工土层实际情况，以福建厦门地区为例，福厦地区土层区间软硬不均，尤其出现上部砂层下部变质石英砂岩，极易出现坍塌。1、选用盾构机外径：盾体长度：约9475mm；最小曲线半径：250m。刀盘转速：0.3～3.05rpm，取1rpm；平均掘进速率：3.5cm/min。2、刀具磨损按最大直径处的切刀磨损量计算。δ1取20mm，通过查表，K1取30×10-3mm/km，实际测量得D2＝6280mm。利用公式：δ1＝K1·π·D1·N1·L1/V此时n1＝12带入Kn1＝K1/n10.333得Kn1＝13.1带入公式L1＝δ1〃V/(Kn1·π·D1·N1)得L1＝2738.4m3、刀具磨损按最大直径处的滚刀磨损量计算。δ2取25mm，通过查表，K2取40×10-3mm/km，实际测量得D2＝6200mm。利用公式：δ2＝0.1·K2·π·D2·N2·L2/V此时n2＝6带入Kn2＝K2/n20.333得Kn2＝22.0带入公式L2＝δ2·V/(Kn2·π·D2·N2)得L2＝2041.9m4、根据估算结果，为使L1＝L2，调整切刀和滚刀安装半径和刀具数量，为简化过程，采用单向调节，即只调整滚刀数量和半径位置。增加一倍滚刀数量，即n2＝12，减少滚刀直径，即D2＝6000mm。重新带入Kn2＝K2/n20.333得Kn2＝17.5带入公式L2＝δ2·V/(Kn2·π·D2·N2)得L2＝2653m此时，L1与L2较为接近，我们认为切刀滚刀在正常使用情况下寿命相等。5、利用4中计算结果安装刀具，利用等寿命刀具组，使切刀和滚刀具有相同的破坏时间节点，同时更换新刀具，减少更换次数，降低作业风险。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。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盾构机复合刀盘刀具布置方法，其特征在于，复合刀盘采用面板式刀盘，刀具包括ni把盘形滚刀和nj把切刀，刀盘中心配置盘形滚刀，周边为切刀和盘形滚刀混合配置；所述ni把盘形滚刀和nj把切刀在相同掘进距离时，同时到达极限磨损量；所述ni把盘形滚刀分布在多条掘削轨迹上，其中同一掘削轨迹上的盘形滚刀数量为n1把，且n1＞1，则该掘削轨迹上每把盘形滚刀的磨耗系数Kn1为Kn1=K1n10.333]]>其中K1为盘形滚刀的磨耗系数；由于盘形滚刀极限磨损量恒定，则同一掘削轨迹上盘形滚刀到达极限磨损量的掘进距离L1为：L1=δ1VKn1πD1N]]>其中，δ1为盘形滚刀的极限磨损量，K1为盘形滚刀的磨耗系数，D1为盘形滚刀安装直径，N为刀盘的转动速度，V为掘进速度；所述nj把切刀分布在多条掘削轨迹上，其中同一掘削轨迹上的切刀数量为n2把，且n2＞1，则该掘削轨迹上每把切刀的磨耗系数Kn2为Kn2=K2n20.333]]>其中K2为切刀的磨耗系数；由于切刀极限磨损量恒定，则同一掘削轨迹上切刀到达极限磨损量的掘进距离L2为：L2=δ2VKn2πD2N]]>其中，δ2为切刀的极限磨损量，K2为切刀的磨耗系数，D2为切刀安装直径，N为刀盘的转动速度；通过数学方法，分析计算出，当所述盘形滚刀掘进距离L1和切刀掘进距离L2数值接近时，盘形滚刀数量ni、盘形滚刀安装直径D1、切刀数量nj、切刀安装直径D2。...

【技术特征摘要】
1.一种盾构机复合刀盘刀具布置方法，其特征在于，复合刀盘采用面板式刀盘，刀具包括ni把盘形滚刀和nj把切刀，刀盘中心配置盘形滚刀，周边为切刀和盘形滚刀混合配置；所述ni把盘形滚刀和nj把切刀在相同掘进距离时，同时到达极限磨损量；所述ni把盘形滚刀分布在多条掘削轨迹上，其中同一掘削轨迹上的盘形滚刀数量为n1把，且n1＞1，则该掘削轨迹上每把盘形滚刀的磨耗系数Kn1为Kn1=K1n10.333]]>其中K1为盘形滚刀的磨耗系数；由于盘形滚刀极限磨损量恒定，则同一掘削轨迹上盘形滚刀到达极限磨损量的掘进距离L1为：L1=δ1VKn1πD1N]]>其中，δ1为盘形滚刀的极限磨损量，K1为盘形滚刀的磨耗系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乾廷，谢万其，陈鼎宁，王火生，陈文哲，李晨宇，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建;35