[发明专利]一种盘形滚刀刀圈的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道施工机械领域，涉及一种采用螺旋齿的滚刀刀圈设计方法。

背景技术

盘形滚刀刀圈是盘形滚刀的关键部件和易损件。盘形滚刀安装在隧道施工机械的刀盘上。依靠刀盘旋转推进时产生的冲击力和挤压力，盘形滚刀刀圈楔入岩石使其破碎。

目前盘形滚刀刀圈主要有由硬质合金制造的裸盘型和镶齿型两种。裸盘型即整个滚刀刀圈的形状呈常规的盘形。而镶齿型，如中国专利号：201220572438.3，专利名称为：一种镶嵌锥形头齿的盘形滚刀刀圈，发明人周保军等人提供了一种在刀圈外圆周上镶嵌有硬质合金齿的滚刀刀圈，以增强刀圈的耐磨性和延长刀圈的使用寿命。它们依靠刀盘旋转推进时产生的冲击力和挤压力，盘形滚刀刀圈楔入岩石使其破碎。但是上述的滚刀刀圈结构切削破岩效率仍不高，尤其是遇到较软的地层时，其优势发挥不出来，合金齿和刀圈容易被软泥岩包裹，掘进速度明显变慢，工作效率降低。

综上所述，目前的滚刀刀圈切削效率不高，尤其是在较软的地层中。所以有必要提出能够在大多数的地层中，能够实现高速切削掘进，有效提高破岩和掘进效率的滚刀刀圈的设计方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，针对隧道掘进类设备所用滚刀刀圈的特性，发明一种盘形滚刀刀圈的设计方法。该方法在滚刀刀圈外圆周上开设螺旋圆弧齿槽形成切削齿的方式，用螺旋齿在侧向产生侧向分力，有利于多把滚刀之间的岩石的破碎，以取代现有的仅靠挤压力和冲击力来达到破岩目的的滚刀刀圈结构，实现高速切削掘进，有效提高破岩和掘进效率。

本发明采用的技术方案是一种盘形滚刀刀圈的设计方法，其特征是，该方法采用在滚刀刀圈外圆周上开设螺旋圆弧齿槽形成螺旋切削齿的方式,能够适应多种地层，尤其是较软地层，实现高速切削掘进，具体设计方法如下：

在滚刀刀圈1的外圆周上通过开设螺旋圆弧齿槽形成切削齿；螺旋圆弧齿槽的齿形是圆弧线，且沿轴向螺旋延伸，依据下述条件形成若干个切削齿；

1)先根据滚刀刀圈1的磨损情况和其相关几何关系的分析确定螺旋圆弧齿槽的齿高h满足：

L≤h＜Μ     (1)

h=r+R-r×cos(θ2)-R×cos(α2)]]>     (2)

α＝2arctan((r×tan(θ/2))/R)   (3)

其中：r是螺旋圆弧齿槽的齿形半径，单位mm；θ是螺旋圆弧齿槽的齿形角，单位度(°)；R是滚刀刀圈1的半径，单位mm；L是滚刀刀圈1的极限磨损量；M是滚刀刀圈1的刀头距离其宽度保持不变位置时的最小距离，单位mm；

2)根据螺旋圆弧齿槽在滚刀刀圈1上的螺旋圈数的限定，确定螺旋圆弧齿槽的螺距S满足：

HS≤1]]>    (4)

其中：H是螺旋圆弧齿槽在齿高h处的轴向最大宽度，单位mm；

3)根据螺旋规律，确定螺旋圆弧齿槽的升角λ满足：

λ=arctan(Sπd)]]>      (5)

其中：d是螺旋圆弧齿槽的螺旋线所在的基圆直径，单位mm；

4)最后根据螺旋圆弧齿槽在滚刀刀圈1上不能连通的原则，确定沿滚刀刀圈1外缘周向开设的齿槽数n满足：