掘进机盘形滚刀磨损量预估计算方法

摘要

本发明公开了一种掘进机盘形滚刀磨损量预估计算方法，引用施工过程中已知的掘进机结构参数与技术参数，直接建立盘形滚刀转动频率与磨损量之间的对应关系，其计算步骤及方法如下：一、测量盘形滚刀破岩过程加速度变化情况，得到盘形滚刀旋转频率；二、建立盘形滚刀转动频率和摩擦功之间的对应关系式；三、建立盘形滚刀转动频率与磨损量之间的对应关系式。最终可以得到不同时间、不同位置盘形滚刀的磨损量。本发明建立了较为准确的盘形滚刀磨损量预测计算公式，并且操作及数据处理简单，解决了施工中需要判断盘形滚刀磨损程度，预测盘形滚刀寿命的难题。对于优化设计刀盘刀具布置方案，延长盘形滚刀的使用寿命提供了理论。

主权项

1.掘进机盘形滚刀磨损量预估计算方法，其特征是具体方法包括以下步骤：一、由加速度传感器获取盘形滚刀破岩过程中的加速度信号x(t)，用傅里叶式对加速度信号进行分析计算，提取盘形滚刀转动频率f，傅里叶式如下式：$x\left(f\right)={\int }_{-\infty }^{\infty }x\left(t\right)e^{-12\mathrm{\pi ft}}\mathrm{dt}$$x_n=\frac{X(f,T^{\prime })}{n}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}x\left(k\right)e^{-1\frac{2\mathrm{\pi nk}}{N}}$(k，n＝0，1…N-1)式中：T′代表采样区间，f代表盘形滚刀转动频率，h代表区间间隔，N代表采样点个数，n、K代表序列数，截取有限长度来计算，在区间T上以间隔h取N个采样点，由采样点序列：t_k＝kh，简记x(k)＝x(kh)，加速度信号x(t)是一个连续函数，在此以离散值代替积分式中的x(t)，得到其离散形式，然后对频域做离散处理，选择离散频率值为：由所述频率确定傅里叶分量，得到加速度变化频谱图，提取盘形滚刀转动频率f；二、建立盘形滚刀转动频率f和摩擦功W之间的对应关系式(1)确定单个盘形滚刀所受推力p所述推力p是指刀盘上每把盘形滚刀所受的平均推力，由下式确定：$P=\frac{F}{n^4}$式中F代表刀盘所受总推力，n⁴代表刀盘上刀具总数；(2)确定盘形滚刀切削岩石的切削系数C所述切削系数C是指盘形滚刀对岩石的切削力与单个盘形滚刀所受推力的比值，由下式确定：$C=\frac{2M^{\prime }}{0.59\mathrm{DF}}$式中M′代表刀盘扭矩，D代表刀盘直径；(3)确定盘形滚刀对岩石的切削力T所述切削力T由下式确定：T＝CP(4)确定盘形滚刀的滑动速度S₁所述滑动速度S₁是指盘形滚刀在切削岩石的过程中单位时间的打滑距离，由下式确定：S₁＝2π(f₁R-fr)式中f₁代表盘形刀盘转动频率，R代表盘形滚刀安装半径，f代表盘形滚刀转动频率，r代表盘形滚刀半径；(5)建立盘形滚刀转动频率f和摩擦功W之间的对应关系式$W={\mathrm{TS}}_1{t}^{\prime }=\frac{4M^{\prime }\pi (f_{1}R-\mathrm{fr})t^{\prime }}{0.59n^{\prime }D}$式中t′为盘形滚刀有效磨损时间；三、建立盘形滚刀转动频率f与磨损量M之间的对应关系式(1)计算盘形滚刀体积磨损量M所述磨损量M是指刀盘在掘进过程中单个盘形滚刀体积磨损总量，由下式确定：M＝IW式中I代表能量磨损率；(2)确定盘形滚刀磨损深度H与磨损量M之间的对应关系$M={\int }_0^{H+\frac{b}{2\tan \frac{\theta }{2}}}2\pi (r-h)·2h\tan \frac{\theta }{2}\mathrm{dh}-{\int }_0^{\frac{b}{2\tan \frac{\theta }{2}}}2\pi (r-h)·2h\tan \frac{\theta }{2}\mathrm{dh}$$M=\frac{2}{3}\pi \tan \frac{\theta }{2}\left\{\right[3r{(H+\frac{b}{2\tan \frac{\theta }{2}})}^2-2{(H+\frac{b}{2\tan \frac{\theta }{2}})}^3]-[3r{\left(\frac{b}{2\tan \frac{\theta }{2}}\right)}^2-2{\left(\frac{b}{2\tan \frac{\theta }{2}}\right)}^3\left]\right\}$