一种滑动支撑的掘进机盘型单刃滚刀设计方法

摘要

本发明属于隧道施工机械设备技术领域，涉及一种刀具，特别涉及一种滑动支撑的掘进机盘型滚刀设计方法。该方法考虑滚刀整体技术性能和施工要求，在保证滚刀有足够强度和刚度的条件下，降低了滚刀和刀盘的振动和损伤。本发明在刀体内表面中心位置安装径向滑动轴承；在径向滑动轴承的两边对称安装推力圆柱滚子轴承，推力轴承的动圈与刀体过盈配合,定圈与刀轴过盈配合；在刀体、推力轴承和端盖构成的封闭空间设置浮动密封。本发明采用一套滑动轴承和两套推力轴承组合形式提高了滚刀的强度、刚度和稳定性，滚刀径向安装的滑动轴承具有良好的抗冲击和吸振性，降低了刀轴和刀盘的振动和损伤，从而提高了滚刀的寿命和刀盘支撑推进系统的可靠性。

主权项

1.一种滑动支撑的掘进机单刃盘型滚刀设计方法，其特征在于，该方法考虑滚刀整体技术性能和施工要求，在刀体（8）内表面中心对称位置安装径向滑动轴承(6)，在径向滑动轴承(6)的两边对称安装推力圆柱滚子轴承(4)；首先进行径向滑动轴承（6）和推力圆柱滚子轴承（4）选型、设计及润滑方式的确定，进而完成滚刀相关结构的设计，方法具体步骤如下：1）如果选择完全液体润滑滑动轴承，为保证轴承能处于液体摩擦状态，最小油膜厚度必须等于或大于许用油膜厚度，故首先对最小油膜厚度进行验算；可以假设盘形滚刀在刀盘上做纯滚动，刀盘与盘形滚刀在相切点的线速度是相同的，故可求得滚刀的转速为：其中：n是滚刀的转速,单位rpm，R_位置是滚刀的安装半径,单位mm，R_刀圈是滚刀刀圈（7）的半径,单位mm；n_刀盘是刀盘的转速，单位rpm；径向滑动轴承（6）的轴承套和刀轴（1）的轴颈的相对间隙ψ为：$\psi =\frac{{(n/60)}^{4/9}}{{10}^{31/9}}---\left(2\right)$初估油的动力粘度η为：$\eta =\frac{{(n/60)}^{-1/3}}{{10}^{7/6}}---\left(3\right)$故可得承载系数为C_p为：$C_p=\frac{F{\psi }^2}{\mathrm{\eta \omega dB}}=\frac{F{\psi }^2}{2\mathrm{\eta \upsilon B}}---\left(4\right)$其中：F是滚刀承受的径向载荷，单位N；υ是滚刀刀轴（1）轴颈的线速度,单位m/s；B是径向滑动轴承（6）的宽度，单位mm；查滑动轴承的承载量系数表，并通过插值得滑动轴承偏心率χ；最小油膜厚度h_min为：$h_{\min }=\frac{d}{2}\psi (1-\chi )---\left(5\right)$确定轴颈、轴承孔表面粗糙度十点高度，许用油膜厚度[h]为：[h]=S(R_Z1+R_Z2)   (6)其中：S为安全系数，一般取大于或等于2，R_Z1是按加工精度要求去轴颈表面粗糙度,单位μm；R_z2是轴承孔表面粗糙度，单位μm；为了保证最小油膜厚度h_min足以淹没轴颈和轴承两表面的微观不平度，实现真正完全的液体摩擦，计算最小油膜应大于许用油膜厚度；根据以上计算结果：若h_min＞[h]，则满足工作可靠性要求，故使用完全液体动压滑动轴承；若h_min<[h]，则无法满足工作可靠性要求，故不能使用完全液体动压滑动轴承，可选择非完全液体滑动轴承；进而根据滑动轴承的轴颈圆周速度、平均压力选择合适的轴瓦材料、润滑油或脂润滑；2)确定径向滑动轴承（6）结构后，再根据刀体的宽度和刀轴的长度，可确定滚动轴承的宽度和内圈的直径，同时考虑滚刀的最大轴向载荷，从而可设计出合适的推力圆柱滚子轴承（4）；对于推力圆柱滚子轴承的润滑方式的选择：润滑脂的润滑膜强度高、能承受较大的载荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长的一段时间，且只适用于较低的dn值（对于推力滚子轴承不大于4e4mm·r/min）；而滚刀的工况比较复杂不便经常添加润滑剂，且转速较低（大约100rpm），故选定推力滚动轴承的润滑方式为脂润滑；3)滑动轴承和推力圆柱滚子轴承的结构尺寸以及安装尺寸得到确定后，进而完成刀体（8）、刀轴（1）、刀圈（7）、卡环（5）、端盖（3）、轴端挡圈（2）、金属浮环（10）和O型密封圈（9）的设计，最后完成整把滚刀的结构设计。