[发明专利]一种用于圆角矩形隧道全断面仿形开挖的刀盘设计方法

摘要

本发明提出了一种用于圆角矩形隧道全断面仿形开挖的刀盘设计方法，其步骤为：根据刀盘轮廓与正方形断面相切的仿形原理建立仿形的刀盘理论轮廓模型；将刀盘轮廓离散化，得到最优刀盘中心距；利用多项式对各离散点最大超挖量与刀盘展角的函数进行拟合；利用拟合出来的最大超挖量多项式推得刀盘轮廓优化模型；离散化优化后的刀盘轨迹模型，对各离散点进行拟合得到刀盘轮廓切削轨迹长度；计算刀盘轮廓磨损量，计算刀盘展角内对应位置布置的最小刀具数量；刀盘之间的中心距为求得的最优刀盘中心距，布置刀具。本发明设计的刀盘更加合理，可以全断面开挖，减少刀具磨损速度，大大缩短了刀盘设计周期，降低了设备维护成本。

主权项

1.一种用于圆角矩形隧道全断面仿形开挖的刀盘设计方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：获取待挖正方形断面的边长为2L，作为输入约束；步骤二：根据刀盘轮廓与正方形断面相切的仿形原理和刀盘的180°展角与45°公转转角相映射，建立仿形的刀盘理论轮廓模型；步骤三：根据刀盘理论轮廓模型将刀盘轮廓离散化，得到刀盘轮廓上各离散点的超挖量，分析刀盘最大超挖量、刀盘中心开挖余量与刀盘中心距的关系，得到最优刀盘中心距；将最优的刀盘中心距带入超挖量，利用多项式对各离散点最大超挖量与刀盘展角的函数进行拟合；步骤四：利用拟合出来的最大超挖量多项式推得最小圆角半径和修正刀盘半径，得到刀盘轮廓优化模型，并利用刀盘轮廓优化模型计算优化后的刀盘轨迹模型；步骤五：离散化优化后的刀盘轮廓，并利用多项式对各离散点的切削轨迹长度进行拟合得到关于刀盘展角的表达式；步骤六：根据地质参数和刀具切削特点选择不同的刀具类型；利用刀盘轮廓和切削轨迹长度的表达式计算刀盘轮廓磨损量，根据结构参数、掘进参数和等寿命原则计算刀盘展角内对应轮廓位置的最小刀具数量；步骤七：关于正方形断面中心间隔120°均匀分布三个刀盘，刀盘的刀尖均处于正方形断面的中心，且刀盘之间的中心距为步骤三求得的最优刀盘中心距，根据刀具尺寸采用传统的阿基米德螺旋线或同心圆法布置刀具；步骤八：将三个刀盘绕刀盘中心旋转至平行状态，且刀尖指向相同的方向。