可伸缩多刃扩挖滚刀分区切削刀盘的设计方法

摘要

本发明可伸缩多刃扩挖滚刀分区切削刀盘的设计方法属于掘进机刀盘结构设计方法领域，特别涉及一种可伸缩多刃扩挖滚刀分区切削刀盘的设计方法。该方法考虑刀盘整体技术性能要求、施工要求，保证该方法设计的刀盘有足够的破岩能力，并减小刀盘振动；刀盘仍保留原有的正滚刀和中心滚刀，在原有刀盘边缘位置去掉所有边滚刀，分别安装第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件。该方法将刀盘切割岩石过程分解成两个步骤，在满足破碎条件下，可减小刀盘振动，从而延长掘进机刀盘的掘进寿命，减小噪音，降低工程中的经济损失。本发明刀盘的设计方法，可应用于多种全断面岩石掘进机刀盘设计领域中。

主权项

1.一种可伸缩多刃扩挖滚刀分区切削刀盘的设计方法，其特征在于，该方法考虑刀盘整体技术性能要求、施工要求，保证该方法设计的刀盘有足够的破岩能力，并减小刀盘振动；刀盘仍保留原有的正滚刀和中心滚刀，在原有刀盘边缘位置去掉所有边滚刀，分别安装第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件（2、5、10），第一、第二、第三可伸缩多刃扩挖滚刀组件（2、5、10）都由可伸缩多刃扩挖滚刀伸出设备(11)和可伸缩多刃扩挖滚刀(12)组成，且结构相同；可伸缩多刃扩挖滚刀(12)安装在可伸缩多刃扩挖滚刀伸出设备(11)中；根据可伸缩多刃扩挖滚刀的刀盘结构及具体施工条件对可伸缩多刃扩挖滚刀（12）进行设计：（1）可伸缩多刃扩挖滚刀（12）相邻两刀刃之间的角度Δθ：Δθ＝θ          （1）其中：θ为传统刀盘的相邻边滚刀之间的角度，一般取值为5～8°；（2）可伸缩多刃扩挖滚刀（12）刀刃的总数量n_k：$n_k=\mathrm{int}\left(\frac{{\theta }_{\max }}{\mathrm{\Delta \theta }}\right)+1---\left(2\right)$其中：θ_max是可伸缩多刃扩挖滚刀（12）在刀盘过渡圆弧面上最大安装角度；（3）根据可伸缩多刃扩挖滚刀（12）最大安装角度及可伸缩多刃扩挖滚刀（12）数量可求得修正后的可伸缩多刃扩挖滚刀（12）相邻两刀刃之间的角度Δθ'为：$\Delta {\theta }^{\prime }=\frac{{\theta }_{\max }}{n_k}---\left(3\right)$（4）相邻可伸缩多刃扩挖滚刀（12）两刀刃之间的间s_p距离为：其中：r是可伸缩多刃扩挖滚刀在刀盘过渡圆弧半径；（5）可伸缩多刃扩挖滚刀（12）的数量n为：$n=\mathrm{int}\left(\frac{n_k}{m}\right)---\left(5\right)$其中：m是每把可伸缩多刃扩挖滚刀刀刃数量，m取值为1～4；（6）第i把可伸缩多刃扩挖滚刀（12）与刀盘盘面法平面的夹角θ_i为：${\theta }_i=\frac{{\theta }_{\max }}{2n}(2i-1)$i＝1、2...n          （6）（7）第i把可伸缩多刃扩挖滚刀（12）在刀盘盘面上的布置相位角度ε_i为：${ϵ}_{i+1}={ϵ}_i+\frac{2\pi }{n}$i＝1、2...n          （7）可伸缩多刃扩挖滚刀具体安装位置可根据刀盘滚刀布置情况做轻微调整；将设计好的可伸缩多刃扩挖滚刀组件根据相关计算结果安装在刀盘上；为达到破岩的效果，并减小刀盘振动，将刀盘切割岩石过程分解成两个步骤：步骤一，将可伸缩多刃扩挖滚刀推出以切割隧道边缘部分岩石；步骤二，将可伸缩多刃扩挖滚刀缩回，并推进主刀盘使用正滚刀和中心滚刀继续切割隧道其他部分的岩石，重复上述两个步骤完成隧道的挖掘。