[发明专利]用寿命系数对盘形滚刀磨损量进行预测的方法

摘要

本发明属于全断面隧道掘进机盘形滚刀磨损量预测技术领域，特别涉及一种用寿命系数对盘形滚刀磨损量进行预测的方法。通过(1)计算全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀螺旋线磨损系数、弧长磨损系数；(2)分别对盘形滚刀螺旋线磨损系数和弧长磨损系数进行修正、定义全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀寿命系数；(3)对全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀磨损量进行预测等几个步骤，可以得到预测精度较高的盘形滚刀寿命系数预测法预测盘形滚刀磨损量，该方法可在全断面隧道掘进机作业工程中有效应用。

主权项

用寿命系数对盘形滚刀磨损量进行预测的方法，其特征在于，所述寿命系数为盘形滚刀修正弧长磨损系数和盘形滚刀修正螺旋线磨损系数的统称，具体的方法步骤如下：(1)计算全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀螺旋线磨损系数：定义盘形滚刀螺旋线磨损系数为全断面隧道掘进机刀盘上刀位号为i、轨迹圆半径为Ri的盘形滚刀在试掘进段沿螺旋线滚动一圈的磨损量，用kmi表示，其单位是mm/圈；则：其中，r为盘形滚刀半径，h0为试掘进段刀盘每转切深，L0为全断面隧道掘进机试掘进段总长度，Ri为轨迹圆半径，mi为试掘进段盘形滚刀磨损量；(2)计算全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀弧长磨损系数：定义盘形滚刀破岩点完成一次侵深破岩走过的空间曲线长度为盘形滚刀弧长，盘形滚刀破岩刃在试掘进段走过单位弧长的磨损量为盘形滚刀弧长磨损系数，用ksi表示，其单位是mm/mm；则：其中，r为盘形滚刀半径，h0为试掘进段刀盘每转切深，L0为全断面隧道掘进机试掘进段总长度，Ri为轨迹圆半径，mi为试掘进段盘形滚刀磨损量，s0i为盘形滚刀破岩点在试掘进段完成一次侵深破岩在岩石中走过的弧长，当盘形滚刀为正滚刀时：s0i=2Ri[r22rRi2+2r3+Ri2ln(r2r+2rRi2+2r3)-2r-h022rRi2+r2(2r-h0)-Ri2ln(r2r-h0+2rRi2+r2(2r-h0))],]]>当盘形滚刀为过渡盘形滚刀时：其中，αi为第i把过渡盘形滚刀的安装角；(3)对盘形滚刀螺旋线磨损系数和弧长磨损系数进行修正：在正式掘进段，全断面隧道掘进机刀盘上轨迹圆半径为Ri的第i把盘形滚刀破岩点完成一次侵深破岩在岩石中走过的弧长设为si，则刀盘上轨迹圆半径为Ri的第i把盘形滚刀的弧长修正系数εsi为：其中，当盘形滚刀为正滚刀时：si=2Ri[r22rRi2+2r3+Ri2ln(r2r+2rRi2+2r3)-2r-h22rRi2+r2(2r-h)-Ri2ln(r2r-h+2rRi2+r2(2r-h))],]]>当盘形滚刀为过渡盘形滚刀时：若正式掘进段岩质比试掘进段的岩质好，盘形滚刀在正式掘进段的侵深就小，盘形滚刀破岩点完成一次侵深破岩在岩石中走过的弧长也小，亦即si<s0i，此时，盘形滚刀刃接岩域上的压力分布较试掘进段大，盘形滚刀磨损强度增加、磨损量增大，应有：εsi>1；若正式掘进段岩质比试掘进段的岩质差，盘形滚刀在正式掘进段的侵深就大，盘形滚刀破岩点完成一次侵深破岩在岩石中走过的弧长就大，即：si>s0i，此时，盘形滚刀刃接岩域上的压力分布较试掘进段为小，盘形滚刀磨损强度减小、磨损量亦减小，应有：εsi<1；式中，h为正式掘进段盘形滚刀贯入度；定义全断面隧道掘进机刀盘上轨迹圆半径为Ri的第i把盘形滚刀的侵深修正系数εh为：经过对盘形滚刀正刀和过渡盘形滚刀破岩的理论研究、试验观察和实际工程应用分析，发现盘形滚刀正刀破岩过程中的侧滑大于过渡盘形滚刀，在盘形滚刀贯入度一定的条件下，盘形滚刀破岩点完成一次侵深破岩所走过的弧长客观反映了盘形滚刀破岩过程中侧滑量的大小，因此，盘形滚刀正刀破岩过程中磨损量预测采用盘形滚刀弧长磨损系数，当贯入度发生变化时，用侵深系数进行修正，修正后的盘形滚刀弧长磨损系数称为盘形滚刀修正弧长磨损系数，用ksxi表示，则：盘形滚刀修正弧长磨损系数为ksxi＝εhksi；对过渡盘形滚刀磨损量的预测应采用盘形滚刀螺旋线磨损系数，当贯入度发生变化时，用弧长系数进行修正，修正后的盘形滚刀螺旋线磨损系数称为盘形滚刀修正螺旋线磨损系数，用kmxi表示为kmxi＝εsikmi；(4)用寿命系数对全断面隧道掘进机刀盘上盘形滚刀磨损量进行预测：式中，L为正式掘进段长度。