[發明專利]硬巖隧道掘進機常截面盤形滾刀磨損狀況的實時檢測方法

有效

• 申請號: 201811061640.8
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109307493B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 王立輝;亢一瀾;張茜;周思陽;邸迎濤
• 申請（專利權）人: 天津大學;中國人民解放軍陸軍軍事交通學院
• 主分類號: G01B21/02
• 分類號: G01B21/02
• 代理公司: 12210 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 胡安朋

1.硬巖隧道掘進機常截面盤形滾刀磨損狀況的實時檢測方法，其特征在于具體步驟如下：

第一步，確定硬巖隧道掘進機的刀盤轉速、掘進速率與切深之間的相互關系：

硬巖隧道掘進機的刀盤轉速、掘進速率與切深之間的相互關系由以下公式(1)確定，

公式(1)中，p為硬巖隧道掘進機的切深，即刀盤每旋轉一周該硬巖隧道掘進機的掘進距離，單位為mm/r，v為硬巖隧道掘進機的掘進速率，單位為mm/min，n為硬巖隧道掘進機的刀盤轉速，單位為r/min，刀盤轉速和掘進速率均是由安裝于硬巖隧道掘進機裝備內部的數據采集系統實時采集的掘進參數；

第二步，確定硬巖隧道掘進機的刀盤推力、刀盤扭矩與切割系數之間的相互關系：

硬巖隧道掘進機的刀盤推力、刀盤扭矩與切割系數之間存在相互關系，這一關系由以下公式(2)確定，

公式(2)中，CC為硬巖隧道掘進機的切割系數，N為安裝于硬巖隧道掘進機刀盤上的滾刀數量，r_i為安裝于硬巖隧道掘進機刀盤上第i號滾刀的安裝半徑，單位為m，為安裝于硬巖隧道掘進機刀盤上的N把滾刀的安裝半徑之和，單位為m，Tor為硬巖隧道掘進機的刀盤扭矩，單位為KN·m，由安裝于硬巖隧道掘進機裝備內部的數據采集系統實時采集，Th為硬巖隧道掘進機的刀盤推力，單位為KN，由安裝于硬巖隧道掘進機裝備內部的數據采集系統實時采集；

第三步，確定硬巖隧道掘進機掘進單位循環距離過程中刀盤上第i號常截面盤形滾刀實際運動中的滑動距離：

硬巖隧道掘進機在單位掘進循環內刀盤上第i號常截面盤形滾刀實際運動中的滑動距離由以下公式(3)確定，

公式(3)中：l_i為硬巖隧道掘進機在單位掘進循環內刀盤上第i號常截面盤形滾刀實際運動中的滑動距離，單位為m，p為硬巖隧道掘進機的切深，單位為mm，R_i為硬巖隧道掘進機刀盤上第i號常截面盤形滾刀的安裝半徑，L為硬巖隧道掘進機單位掘進循環的掘進距離，單位為mm，CC為硬巖隧道掘進機的切割系數，μ為硬巖隧道掘進機掘進地質巖石的摩擦系數；

第四步，確定硬巖隧道掘進機常截面盤形滾刀破巖時作用在接觸弧長上的接觸應力：

硬巖隧道掘進機常截面盤形滾刀破巖時作用在接觸弧長上的接觸應力P，單位為Mpa，由以下公式(4)確定，

公式(4)中：S為硬巖隧道掘進機刀盤上相鄰刀位之間的刀間距，單位為mm，σ_c為掘進地質巖石單軸抗壓強度，單位為Mpa，σ_t為掘進地質巖石抗拉強度，單位為Mpa，b為常截面盤形滾刀刀刃寬度，單位為mm，p為硬巖隧道掘進機的切深，單位為mm，A為巖體節理面與隧道軸線之間夾角，簡稱巖體節理角，單位為弧度rad，J_S為巖體節理間距，單位為m，當巖體節理間距為400m，與完整巖石力學性質非常近似，因此，J_S最大值為400m，表示完整巖石；

第五步，確定硬巖隧道掘進機在不同特征巖體巖石掘進中刀盤上任意一把正面單刃常截面盤形滾刀重量磨損量與巖石磨蝕性指數和該常截面盤形滾刀破巖時作用在接觸弧長上的接觸應力及其實際運動中的滑動距離之間的相互關系：

硬巖隧道掘進機刀盤上任意一把正面單刃常截面盤形滾刀重量磨損量W_i與巖石磨蝕性指數CAI和該常截面盤形滾刀破巖時作用在接觸弧長上的接觸應力P及其實際運動中的滑動距離l之間的相互關系由以下公式(5)確定，

W＝K·CAI^α·P^β·l^γ (5)，

公式(5)中：W是硬巖隧道掘進機刀盤上任意一把正面單刃常截面盤形滾刀重量磨損量，單位為Kg，CAI是巖石磨蝕性指數，通過國際通用的巖石磨蝕性CAI試驗測量得到，P為該常截面盤形滾刀破巖時作用在接觸弧長上的接觸應力，單位為Mpa，l為該常截面盤形滾刀實際運動中的滑動距離，單位為m，α、β和γ為常數，通過標準的環塊磨損模擬試驗方法得到，K是標準環塊磨損模擬試驗數據擬合基礎上，再根據實際滾刀-硬巖的線性切割實驗進行修正；

第六步，確定硬巖隧道掘進機正常掘進時其刀盤上第i號正面單刃常截面盤形滾刀重量磨損量的具體數值：

硬巖隧道掘進機正常掘進時其刀盤上第i號正面單刃常截面盤形滾刀重量磨損量的具體數值由以下公式(6)確定，

W_i＝K·CAI^a·P^b·l_i^γ (6)，

公式(6)中：W_i為硬巖隧道掘進機刀盤上第i號正面單刃常截面盤形滾刀的重量磨損量，單位為Kg，CAI是巖石磨蝕性指數，P為常截面盤形滾刀破巖時作用在接觸弧長上的接觸應力，單位為Mpa，l_i為硬巖隧道掘進機刀盤上第i號常截面盤形滾刀實際運動中的滑動距離，單位為m，K、α、β和γ為常數，借助標準的環塊磨損模擬試驗，結合實際滾刀破巖的線性切割實驗，在利用數據擬合分析得到；

公式(1)中的硬巖隧道掘進機的切深p、公式(2)中的硬巖隧道掘進機的切割系數CC、公式(3)中的為硬巖隧道掘進機刀盤上第i號常截面盤形滾刀實際運動中的滑動距離l_i、公式(4)中的硬巖隧道掘進機常截面盤形滾刀破巖時作用在接觸弧長上的接觸應力P、公式(5)中的硬巖隧道掘進機刀盤上任意一把正面單刃常截面盤形滾刀重量磨損量W和公式(6)中的硬巖隧道掘進機刀盤上第i號正面單刃常截面盤形滾刀的重量磨損量W_i是由隧道掘進機數據采集系統實時采集的掘進參數刀盤轉速n、掘進速率v、刀盤扭矩Tor和刀盤推力Th，工程地質勘測得到的巖體參數巖石節理角α、巖石節理間距J_S、掘進地質巖石單軸抗壓強度σ_c和掘進地質巖石抗拉強度σ_t，巖石磨損試驗得到的巖石磨蝕性指數CAI以及摩擦磨損模擬試驗、線性切割實驗得到的巖石摩擦系數μ和常數值K、α、β和γ，均通過計算機快速計算得出，從而完成硬巖隧道掘進機常截面盤形滾刀磨損的實時檢測。