[發(fā)明專利]一種盾構機切刀磨損量預估計算方法

有效

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• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112926015B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 韓美東
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06F30/17
• 代理公司: 深圳市智旭鼎浩知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 44746
• 代理人: 付龍

本發(fā)明公開了一種盾構機切刀磨損量預估計算方法，其計算步驟及方法如下：一、根據(jù)已知數(shù)據(jù)，計算與切刀切削行為相關的各基本物理量；二、基于計算得到的各物理量，建立盾構掘進地質參數(shù)、切刀結構參數(shù)及施工操作參數(shù)與摩擦功之間的對應關系式；三、建立摩擦功與切刀磨損量之間的對于關系式。得到不同掘進距離、不同安裝半徑切刀的磨損量。本發(fā)明建立了較為準確的盾構切刀磨損量預估計算方法，全面反應了開挖地質、刀具結構和施工操作三大類參數(shù)對切刀磨損量的影響，且參數(shù)易于測取、數(shù)據(jù)處理簡單。本發(fā)明解決了盾構施工中需要判斷刀具磨損程度及預測刀具壽命的難題；同時，為優(yōu)化切刀結構，合理調控掘進參數(shù)，延長刀具使用壽命提供了理論基礎。

技術領域

本發(fā)明屬于盾構機械設計制造與施工技術，具體涉及一種盾構切刀磨損量的計算方法。

背景技術

盾構是一種用于隧道暗挖施工的大型工程機械。由于其安全環(huán)保、施工快速和自動化程度高等優(yōu)點，盾構在我國市政、交通、礦山、水利水電等隧道工程中的應用迅猛增長。切刀是盾構機最主要的掘土工具，其性能直接決定了機械的開挖效率。當盾構施工遇到砂巖、卵石等惡劣地質時，切刀將產(chǎn)生嚴重磨損，大幅延遲工程進度、增加施工成本。然而，由于盾構開挖界面隱蔽、施工環(huán)境復雜，目前尚無有效的切刀磨損在線檢測手段(現(xiàn)有技術多為對被替換下的切刀進行線下測量，得到切刀磨損的數(shù)據(jù))；而相關的理論分析也局限于簡化的定性分析，且參數(shù)類型較為單一，無法對不同工況下的切刀磨損量和使用壽命進行定量預測，致使其對實際施工的指導意義有限。因此，建立一種綜合考慮地質、結構和操作三大類參數(shù)的切刀磨損量的定量計算方法，是盾構設計和施工領域亟待解決的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是，提出一種盾構掘進過程中切刀磨損量的計算方法，應用于預測切刀磨損程度和使用壽命，并為盾構刀盤刀具的優(yōu)化設計和施工參數(shù)控制提供科學依據(jù)。

本發(fā)明所述的計算方法分為以下三個步驟：

1、計算與刀具切削行為相關的各物理量：

(1)土體剪切破壞面與開挖面的夾角θ

式中：φ為土體內摩擦角。

(2)土體剪切破壞面的面積A₁

式中：h為刀盤每轉的進尺，b為切刀寬度。

(3)與刀面垂直的土體自由面的面積A₂

式中：α為切削角。

(4)與刀面平行的土體自由面的面積A₃

式中：l為切刀長度。

注：步驟1中所述各物理量的注釋見圖1。

2、建立摩擦功與各類參數(shù)之間的對應關系式：

式中：p為土倉壓力，c為土體粘聚力，μ₀為切刀與土體間的摩擦系數(shù)，μ₁土體間的摩擦系數(shù)，R為切刀安裝半徑，S為盾構機掘進距離。

3、建立磨損量與摩擦功之間的對應關系式：

式中：I為能量磨損率，β為刀刃角。

本發(fā)明的特點以及產(chǎn)生的積極效果是：

(1)此計算方法全面考慮了盾構施工所涉及的結構、地質和操作三大類核心參數(shù)對切刀磨損量的影響，計算結果更為合理、準確。