專利名稱：：內(nèi)外側(cè)刃角不對(duì)稱的過渡盤形滾刀刀圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型屬于盤形滾刀設(shè)備，特別涉及一種在全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)及盾構(gòu))刀盤上過渡區(qū)安裝的內(nèi)外側(cè)刃角不對(duì)稱過渡盤形滾刀刀圈。
背景技術(shù)：
：全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤上一般安裝有中心滾刀、正滾刀、過渡滾刀和邊刀等，目前全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤上的過渡滾刀刃側(cè)面的幾何形狀為關(guān)于其刀刃所在平面對(duì)稱，這種刀具在使用中磨損較快、消耗量也較大，需要經(jīng)常更換，提高了施工成本。如何減少過渡滾刀在施工中的磨損，提高過渡滾刀的壽命是目前研究的一項(xiàng)重要的課題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)內(nèi)外側(cè)刃角對(duì)稱過渡盤形滾刀刀圈磨損快、壽命短的缺點(diǎn)，提供了一種內(nèi)外側(cè)刃角不對(duì)稱的過渡盤形滾刀刀圈，其刀圈刃兩側(cè)面關(guān)于其刀刃所在平面不對(duì)稱，內(nèi)側(cè)刃角比外側(cè)刃角小20角度，其特征在于，所述Q=arctan-sin(I)C0S"-，其中，"為過渡盤形滾刀安裝角，P為三分之cos①sini9-sinOsin"cos6一貫入度時(shí)的接巖角，①為點(diǎn)A與過渡盤形滾刀軌跡圓圓心的連線與通過過渡盤形滾刀最大切深點(diǎn)的軌跡圓半徑的夾角。所述汐=arcsin」~^~，①=arcsin2A/(3c畫)_，其中，ft為<-2及力tan(a/3)+2r/z/(3cosa)貫入度，r為過渡盤形滾刀刀圈的半徑，凡為過渡盤形滾刀刀圈的軌跡圓半徑。所述0有兩個(gè)或兩個(gè)以上取值時(shí)，根據(jù)不同的0值制備不同規(guī)格的過波盤形滾刀刀圈；或者對(duì)所有的0值求平均值，制備同一規(guī)格的過渡盤形滾刀刀圈，以方便制作和安裝。本實(shí)用新型的有益效果為內(nèi)外側(cè)刃角不對(duì)稱設(shè)計(jì)不僅減小了過渡盤形滾刀刀圈的側(cè)滑量，也增火了過渡盤形滾刀刀圈破巖自由面積，可有效降低過渡盤形滾刀刀圈破巖時(shí)的消耗量，提高了過渡盤形滾刀刀圈的壽命，還可有效降低過渡盤形滾刀刀圈破巖時(shí)的能量消耗，初步估算可降低過渡盤形滾刀刀圈的消耗量2030%左右，刀圈壽命提高近一倍，有效縮短了工程工期，明顯降低了工程造價(jià)。圖1為本實(shí)用新型所述過渡盤形滾刀刀圈的軸截面示意圖2(a)為過渡盤形滾刀破巖工作示意圖2(b)為過渡盤形滾刀刀圈破巖點(diǎn)A速度分解俯視圖。圖中標(biāo)號(hào).-1-過渡盤形滾刀刀圈。具體實(shí)施方式本實(shí)用新型提供了一種內(nèi)外側(cè)刃角不對(duì)稱的過渡盤形滾刀刀圈，下面通過附圖說明和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。首先對(duì)各個(gè)參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行說明-w—刀盤旋轉(zhuǎn)速度(rad/s);w'—過渡盤形滾刀旋轉(zhuǎn)速度(rad/s);0—過渡盤形滾刀刃兩側(cè)不平衡角(rad);過渡盤形滾刀刀圈半徑(mm);凡一過渡盤形滾刀刀圈的軌跡圓半徑(mm);_過渡盤形滾刀安裝角(rad);0—三分之一貫入度(貫入度為每轉(zhuǎn)刀盤隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)距離)時(shí)的接巖角，即點(diǎn)A(距離最大切深廓面為三分之一貫入度)與過渡盤形滾刀圓心的連線與通過過渡盤形滾刀最大切深點(diǎn)的半徑的夾角(rad);J一過渡盤形滾刀刃上的點(diǎn)，其距離最大切深廓面為三分之一貫入度；P—點(diǎn)A所在極徑(mm);-一過渡盤形滾刀刃角(rad);d>—點(diǎn)a與過渡盤形滾刀軌跡圓圓心的連線與通過過渡盤形滾刀最大切深點(diǎn)的軌跡圓半徑的夾角(rad);A—貫入度(每轉(zhuǎn)刀盤隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)距離)(mm);5—A點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度矢量(m/s);K一A點(diǎn)牽連運(yùn)動(dòng)速度矢量(m/s);^一A點(diǎn)牽連運(yùn)動(dòng)速度矢量在x軸方向的分量(m/s);^一A點(diǎn)牽連運(yùn)動(dòng)速度矢量在y軸方向的分量(m/s);^一^T垂直于過渡盤形滾刀刃面的速度分量(m/s);C一^T平行于過渡盤形滾刀刃面的速度分量(m/s);5:—^指向過渡盤形滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)中心的速度分量(m/s);^一丐沿過渡盤形滾刀相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度方向的速度分量(m/s);^:一^;通過過渡盤形滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)中心的速度分量(m/s);^;一^;沿過渡盤形滾刀相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度方向的速度分量(m/s);K。一牽連運(yùn)動(dòng)速度在過渡盤形滾刀半徑方向的速度分量(m/s);圖2(a)為過渡盤形滾刀破巖工作示意圖。考察過渡盤形滾刀刃上的點(diǎn)A，其牽連運(yùn)動(dòng)速度為^r，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為^r,其大小可表示為由幾何關(guān)系，可得(2)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>由圖2(a)可以看出，過渡盤形滾刀的側(cè)滑是由其牽連運(yùn)動(dòng)引起的，牽連運(yùn)動(dòng)速度可分解為義'sin①二—n①(3)1^勿=^ecos①="Pcos①將^:進(jìn)一步分解為垂直于過渡盤形滾刀刃面的速度分量^:和平行于過渡盤形滾刀刃面的速度分量已^，其大小為/"y_力m。1"("T")m。/v(4)[巳《丄=巳《cosa=，sin<l>cosfflL〃=Lsina=，sinOsina將^;進(jìn)一步分解為指向盤形滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)中心的速度分量^:和沿其相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度方向的速度分量^:，貝U:〖7*〃。=^〃cos0=sin①sinacos^,5、17勿〃，=7勿〃sin^=sin0>si諸sin6>將^:分解為通過盤形滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)中心的速度分量和沿其相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度方向的速度分量^;，貝u:f7匆。=^勿,sin^=coscDsin^(6)沿盤形滾刀相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度方向的運(yùn)動(dòng)速度不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，牽連運(yùn)動(dòng)速度在過渡盤形滾刀半徑方向的速度分量^。為K如=7—-巳^。=，coscj)sin6"-，sin。sincos6>(7)因此過渡盤形滾刀滑動(dòng)速度方向與此時(shí)過渡盤形滾刀刃面夾角0的正切值為tcm0==_6>psin(Dcos=_sin<Dcosa_(g)F力。<ypcos①sin0—，sin<t>sinacos0cos①sin(9—sin①sinacos6^即:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>過渡盤形滾刀接巖刃受到的巖石反作用力的合力作用點(diǎn)位于其侵入巖石深度的三分之二處且指向過渡盤形滾刀旋轉(zhuǎn)中心，由圖2(a)和圖2(b)所示兒何關(guān)系，可得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>將式(9)和式(10)帶入式(8)，在確定了過渡滾刀軌跡圓半徑凡、過渡盤形滾刀安裝角"和過渡盤形滾刀切深A(yù)的情況下即可求得0。根據(jù)盤形滾刀破碎巖石的性能特點(diǎn)，如果所需要的過渡盤形滾刀刃角為-，則盤形滾刀兩側(cè)刃角^(向著刀盤軸線的側(cè)面)和0々卜(背著刀盤軸線的側(cè)面)可分別表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>實(shí)施例l:根據(jù)某工程巖石地質(zhì)特點(diǎn)，確定TBM刀盤卜.過渡盤形滾刀半徑^216mm、刀刃角-=35°、貫入度(刀盤每轉(zhuǎn)時(shí)的盤形滾刀切深)/^6mm;再根據(jù)附圖可引算出過渡區(qū)各盤形滾刀安裝角"、軌跡圓半徑^及各計(jì)算參數(shù)如表1所示。表1某TBM刀盤上過渡區(qū)盤形滾刀計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>為使過渡區(qū)盤形滾刀規(guī)格盡可能一致，取0=2.5°，則過渡區(qū)盤形滾刀刃各側(cè)刃角為'^丄6)2一2.5。，經(jīng)過工程實(shí)踐檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，采用此項(xiàng)實(shí)用新型，可減少過渡盤形滾刀刀圈更換次數(shù)21%以上，過渡盤形滾刀刀圈壽命提高近一倍，有效縮短了工程工期，降低了工程造價(jià)。權(quán)利要求1.內(nèi)外側(cè)刃角不對(duì)稱的過渡盤形滾刀刀圈，其刀圈刃兩側(cè)面關(guān)于其刀刃所在平面不對(duì)稱，內(nèi)側(cè)刃角比外側(cè)刃角小2Θ角度，其特征在于，所述<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>Θ</mi><mo>=</mo><mi>arctan</mi><mfrac><mrow><mi>sin</mi><mi></mi><mi>Φ</mi><mi>cos</mi><mi>α</mi></mrow><mrow><mi>cos</mi><mi></mi><mi>Φ</mi><mi>sin</mi><mi>θ</mi><mo>-</mo><mi>sin</mi><mi></mi><mi>Φ</mi><mi>sin</mi><mi></mi><mi>α</mi><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0001"file="Y2008201245830002C1.tif"wi="69"he="9"top="47"left="18"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>其中，α為過渡盤形滾刀安裝角，θ為三分之一貫入度時(shí)的接巖角，Φ為點(diǎn)A與過渡盤形滾刀軌跡圓圓心的連線與通過過渡盤形滾刀最大切深點(diǎn)的軌跡圓半徑的夾角。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)外側(cè)刃角不對(duì)稱的過渡盤形滾刀刀圈，其特征在于，所述^腦in、P^，(D:扁in^——2棉—-，其中，/z"Vcosa"\|A2—2早tan("/3)+2Wz/(3cos")為貫入度，r為過渡盤形滾刀刀圈的半徑，凡為過渡盤形滾刀刀圈的軌跡圓半徑。專利摘要本實(shí)用新型屬于盤形滾刀設(shè)備，特別涉及一種在全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)及盾構(gòu))刀盤上過渡區(qū)安裝的內(nèi)外側(cè)刃角不對(duì)稱過渡盤形滾刀刀圈。其刀圈刃兩側(cè)面關(guān)于其刀刃所在平面不對(duì)稱，內(nèi)側(cè)刃角比外側(cè)刃角小2Θ角度，其中Θ＝arctan(sinΦcosα/(cosΦsinθ-sinΦsinαcosθ))，α為過渡盤形滾刀安裝角，θ為為三分之一貫入度時(shí)的接巖角。內(nèi)外側(cè)刃角不對(duì)稱設(shè)計(jì)不僅減小了過渡盤形滾刀刀圈的側(cè)滑量，也增大了過渡盤形滾刀刀圈破巖自由面積，可有效降低過渡盤形滾刀刀圈破巖時(shí)的消耗量，提高了過渡盤形滾刀刀圈的壽命，還可有效降低過渡盤形滾刀刀圈破巖時(shí)的能量消耗，初步估算可降低過渡盤形滾刀刀圈的消耗量20～30％左右，刀圈壽命提高近一倍，有效縮短了工程工期，明顯降低了工程造價(jià)。文檔編號(hào)E21D9/08GK201344035SQ20082012458公開日2009年11月11日申請(qǐng)日期2008年12月25日優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日發(fā)明者葉定海,張照煌,曹景華,竇蘊(yùn)平申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)