[发明专利]一种滑动支撑的掘进机盘型单刃滚刀设计方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道施工机械设备技术领域，涉及一种刀具，特别涉及一种滑动支撑的掘进机盘型单刃滚刀的设计方法。

背景技术

盘型滚刀作为全断面岩石掘进机最主要的切削工具，由于山体、隧道岩石的高强度、高硬度与地质条件的复杂性及掘进机刀具工作在强挤压、大扭矩、强冲击、高磨损的恶劣工况下，使掘进机刀具成为掘进过程中最易损坏的零部件，也是制约掘进效率的瓶颈。滚刀失效，除了正常的磨损外，最主要的由于滚刀受到的强大冲击、振动，导致密封等其他结构件的损坏和失效，从而大大的降低了滚刀的寿命。并且滚刀的振动通过刀轴传递到刀盘，引起刀盘的振动，从而影响刀盘的支撑、推进和回转系统的可靠性。

在传统滚刀结构设计中，对刀圈和刀体起回转支撑作用的是两列背对背安装的圆锥滚子轴承，由于这一对圆锥滚子轴承能同时承受很大的径向载荷和轴向载荷，广泛应用于岩石掘进机滚刀结构中。中国专利号：201110444507.2，专利名称为：一种硬岩掘进机盘型重型滚刀，发明人王汉章等人提供了一种有足够强度、使用寿命长及适应硬岩不均匀地质条件的硬岩掘进机盘型重型滚刀。所述刀体内圈沿刀体轴向中心对称设有滚道，滚道内设有轴承滚子；……刀轴上开设环形油槽。该专利在提高刀滚刀抗轴向和径向载荷起到了一定的作用，但专利中未考虑到两列圆锥滚动轴承的抗冲击以及吸振效果差，同时岩石掘进机的工况又比较恶劣，滚刀常常要承受的强大冲击、振动，滚刀经常因振动过大导致密封失效而提前报废，并且滚刀振动过大对刀盘以及刀盘推进系统也有一定的损伤。故用传统方法设计出的滚刀仍存在抗冲击能力较弱和吸振效果差的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术难题是传统滚刀在破岩过程中产生较大的冲击和振动，降低了滚刀、刀盘的使用寿命以及刀盘推进系统的可靠性。为了解决上述技术难题，发明一种滑动支撑的掘进机盘型单刃滚刀设计方法，该设计方法提高滚刀轴向刚度和吸振能力，降低滚刀和刀盘的振动，从而对提高滚刀寿命和刀盘支撑推进系统可靠性等方面具有重要意义。

本发明采用的技术方案是一种滑动支撑的掘进机盘型单刃滚刀设计方法，该方法考虑滚刀整体技术性能和施工要求，在刀体8内表面中心对称位置安装径向滑动轴承6，在径向滑动轴承6的两边对称安装推力圆柱滚子轴承4；首先进行径向滑动轴承6和推力圆柱滚子轴承4选型、设计及润滑方式的确定，进而完成滚刀相关结构的设计，具体方法如下：

1）如果选择完全液体润滑滑动轴承，为保证轴承能处于液体摩擦状态，最小油膜厚度必须等于或大于许用油膜厚度，故首先对最小油膜厚度进行验算；

可以假设盘形滚刀在刀盘上做纯滚动，刀盘与盘形滚刀在相切点的线速度是相同的，故可求得滚刀的转速为：

其中：n是滚刀的转速,单位rpm，R_位置是滚刀的安装半径,单位mm，R_刀圈是滚刀刀圈7的半径,单位mm；n_刀盘是刀盘的转速，单位rpm；

径向滑动轴承6的轴承套和刀轴1的轴颈的相对间隙ψ为：

ψ=(n/60)4/91031/9---(2)]]>

初估油的动力粘度η为：