[發明專利]用于盾構機的刀盤設計方法

在審

• 申請號: 201710505730.0
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107165648A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 陳明沛
• 申請（專利權）人: 中船重型裝備有限公司
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;G06F17/50
• 代理公司: 廣州勝沃園專利代理有限公司44416
• 代理人: 張帥

技術領域

本發明涉及盾構機刀盤結構的技術領域，具體涉及用于盾構機的刀盤設計方法。

背景技術

盾構機刀盤設計需要大量的工程實踐經驗積累，難以在實驗室進行試驗探索。不同廠家根據不同的地質條件和工程要求、設計生產不同類型的盾構機以滿足不同需要。目前，成熟的盾構機設計制造主要掌握在日本三菱重工，德國海瑞克公司，法國FCB等幾個國外發達盾構機廠商手中。國內外針對盾構機的研究開發尚處于起步階段，尚無具體詳盡的研究，缺乏合理的設計方法，有實用價值的參考文獻很少，嚴重影響盾構機的有效推廣。

刀盤是盾構機中重要的關鍵部件，位于盾構機的最前端，通過牛腿與主驅動進行連接，由刀盤電機或液壓馬達帶動主軸承，傳遞到牛腿使刀盤轉動。

中國專利申請CN102129499A公開了隧道掘進機刀盤驅動載荷計算方法，隧道掘進機刀盤驅動載荷包括推力和扭矩，其計算方法為：(1)確定開挖面靜止土壓力F1；(2)確定刀盤掘進推力F2；(3)根據F1和F2和確定刀盤總的驅動推力；(4)確定刀盤側面與周圍土體間的摩擦扭矩T1；(5)確定密封艙內攪拌扭矩T2；(6)確定刀盤掘進扭矩T3；(7)由T1、T2、T3之和確定刀盤總的驅動扭矩。該專利申請可以快速計算出隧道掘進機刀盤驅動載荷，但存在計算方法過于單一，計算結果的精確性與可信度有待提高的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的旨在提供一種用于盾構機的刀盤設計方法，針對不同的地層情況進行合理的刀盤結構設計，保障盾構機掘進工作的順利進行。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

用于盾構機的刀盤設計方法，刀盤包括刀盤外圓、刀盤輪輻、刀盤攪拌、刀具及刀箱，刀盤結合盾構機土倉內的靜止攪拌棒，充分攪拌土倉內的渣土，刀盤還結合盾構機進行開挖土體和穩定工作面，刀盤設計方法包含有以下步驟：

S1、檢測地層的抗壓強度和強度特性，根據抗壓強度和強度特性設定刀盤可能受到的最大應力，根據最大應力選擇制作刀盤的材料，該材料的屈服應力的一半大于刀盤可能受到的最大應力；

S2、檢測地層的滲透系數，根據滲透系數選擇刀盤結構：當地層的滲透系數小于10^-7cm/s時，選用輻條式刀盤結構，當地層的滲透系數在10^-7～10^-4cm/s之間時，選用板輻式刀盤結構，當地層的滲透系數大于10^-4cm/s時，選用面板式刀盤結構；

S3、估算刀盤的扭矩與推力，采用第一經驗公式與第一疊加公式估算刀盤的扭矩，其中的第一經驗公式為：

T＝α·D³，

其中，T為刀盤的總扭矩，α為扭矩系數，D為刀盤的外直徑，第一疊加公式為：

T＝T₁+T₂+T₃+T₄+T₅+T₆+T₇，

其中，T₁為刀盤的正面和側面與開挖面土體的摩擦阻力扭矩，T₂為刀盤背面與土倉內土體的摩擦阻力扭矩，T₃為土倉內刀盤和攪拌棒的攪拌扭矩，T₄為刀盤刀具切削土體時的土層抗力扭矩，T₅為刀盤密封的摩擦阻力扭矩，T₆為軸承的摩擦阻力扭矩，T₇為減速裝置的機械損失扭矩；取第一經驗公式與第一疊加公式估算結果的平均值作為刀盤的總扭矩；采用第二經驗公式與第二疊加公式估算刀盤的推力，其中的第二經驗公式為：

其中，p_i為單位掘削斷面上的經驗推力，其取值范圍為700～1200KN/m³，D為刀盤的外直徑，第二疊加公式為：

F＝∑F_n＝F₁+F₂+F₃+F₄+F₅+F₆，