[发明专利]一种掘进机中心二联滚刀设计方法

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中心二联滚刀的设计方法。

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。刀盘中部空间有限，大多数刀盘中心部位安装中心二联或多联滚刀，由于中心滚刀位置特殊，转速较低但受力极为复杂，在破岩过程中时常受到强大冲击和振动，导致刀体窜动、轴承损坏和密封失效，大大降低了滚刀的寿命，并且滚刀承受的振动和冲击通过刀轴传递到刀盘，引起刀盘的振动和损伤，进而影响刀盘的支撑、推进和回转系统的可靠性。

在传统中心多联滚刀设计中，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：201120558297.5，专利名称为：分体窄中心滚刀，发明人勃德约翰莱腾纳提供了一种分体窄中心滚刀，包括滚刀本体和环形刀座，所述滚刀本体的外侧面上设有卡槽，所述环形刀座与所述卡槽之间夹持抵接有C形卡圈。中国专利号：201120258547.3，专利名称为：一种盾构机双盘形中心滚刀，发明人李伟等人提供了一种盾构机双盘形中心滚刀，刀圈硬度达到HRC55-58，抗拉强度达到2000MPa，耐磨、耐用；同时降低了工人的劳动强度；投资低，施工应用范围广泛。勃德约翰莱腾纳所写专利通过环形刀座及C形卡圈来方便滚刀刀体的更换、安装等操作，提高了效率；李伟等人所写专利对刀圈的耐磨性以及滚刀的密封性有了很大的提高，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轴承和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。故上述发明的新型中心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克服现有技术的不足，发明一种滑动支撑的掘进机中心二联滚刀设计方法，该设计方法使中心滚刀在复杂多变的工况下，可以承受较大冲击和振动，提高了滚刀、刀盘的使用寿命以及刀盘推进系统的可靠性。

本发明采用的技术方案是一种掘进机中心二联滚刀的设计方法，该方法考虑中心二联滚刀整体技术性能和施工要求，分别在中心滚刀的刀体7内表面中心位置安装径向滑动轴承5，在径向滑动轴承5靠端盖4的一端分别对称安装推力圆柱滚子轴承3；首先进行径向滑动轴承5和推力圆柱滚子轴承3选型、设计及润滑方式的确定，进而完成中心二联滚刀相关结构的设计，具体设计方法如下：

1)中心滚刀安装在刀盘中心位置，硬岩掘进机刀盘最大转速大约为8r/min，则安装在刀盘中心的滚刀的最大转速大约为26r/min，而滚刀破岩过程中所承受的最大径向载荷可达200KN以上,故中心滚刀破岩过程属于低速重载工况；滚刀刀体内圈与刀轴轴颈的相对转速较低（0.15m/s左右），并且间歇性工作，难以形成连续的动压油膜，故不适合完全液体润滑的滑动轴承；中心滚刀工况恶劣，难以经常供油，并且不便添加润滑剂，故中心滚刀的滑动支撑部件为不完全液体润滑径向滑动轴承5，润滑方式为脂润滑；根据刀轴1、刀体7的尺寸和滚刀承受的极限载荷，并对径向滑动轴承的P、v和PV值进行校核，确定滑动轴承的轴颈D和轴承套的宽度B，从而最终确定径向滑动轴承5的型号、结构尺寸和安装尺寸；

2)确定径向滑动轴承5结构后，再根据刀体和刀轴的结构尺寸，得到推力圆柱滚子轴承3的宽度和内圈的直径，同时根据滚刀的极限轴向载荷，从而确定推力圆柱滚子轴承3的型号；

对于推力圆柱滚子轴承3的润滑方式的选择：润滑脂的润滑膜强度高、能承受较大的载荷，不易流失，容易密封，且只适用于较低的dn值（对于推力滚子轴承不大于40000mm·r/min）；而中心二联滚刀转速较低（大约2600mm·r/min），并且滑动轴承的润滑方式为脂润滑，故选定推力圆柱滚子轴承3的润滑方式为脂润滑；

3)径向滑动轴承5和推力圆柱滚子轴承3的型号、润滑方式、结构尺寸以及安装尺寸得到确定后，进而完成刀体7、刀轴1、刀圈8、卡环6、端盖4、轴端挡圈2、O型密封圈11和金属浮环12等相关结构件的设计；