[发明专利]全断面岩石掘进机刀盘联接板厚度的确定方法

说明书

本发明公开了属于掘进机零部件领域的一种全断面岩石掘进机刀盘联接板厚度的确定方法。首先在刀盘中面建立坐标系，然后根据弹性力学理论推导、求得刀盘挠度z，根据刀盘挠度z确定掘进机刀盘联接板厚度；采用本发明方法设计的刀盘联接板，降低全断面岩石掘进机施工过程中刀盘变形不均匀及振动大的问题，刀盘振幅降低了三分之一左右，盘形滚刀崩刃、刀圈断裂数量由占耗刀量的11.3％降为5.1％；全断面岩石掘进机利用率提高近2.4％。由此说明降低刀盘上盘形滚刀崩刃、刀圈断裂等不正常损坏的数量、提高设备利用率，以实现缩短工程工期、减低施工工程成本之目的。

技术领域

本发明属于掘进机零部件领域，特别涉及一种全断面岩石掘进机刀盘联接板厚度的确定方法。

背景技术

全断面岩石掘进机刀盘系统是将推力、扭矩传递给安装在其上的盘形滚刀以实现破岩掘进作业的关键核心部件之一，并且还承担着便于更换失效盘形滚刀的功能。早期的全断面岩石掘进机刀盘通过刀盘转接座与其大轴承联接，为实现失效盘形滚刀的更换，刀盘上一般设置人孔，技术人员通过人孔进入刀盘前面更换失效的盘形滚刀。实践发现，这样更换盘形滚刀，既耗时又费力。因此，全断面岩石掘进机目前广泛采用了背后换刀模式，也就是技术人员不再通过人孔进入刀盘前面更换刀具，而是在刀盘后面就可更换破岩能力失效的盘形滚刀。这样的刀盘系统就得具有更换刀具的空间，亦即在全断面岩石掘进机刀盘与其大轴承座间设置一定空间形成刀具更换室，而刀盘大轴承座与刀盘间通过刀盘联接板联接，其基本结构见图1所示。从图1可以看出，刀盘联接板是刀盘系统的重要组成。但实际使用发现，由于刀盘联接板变形大，致使全断面岩石掘进机施工过程中，刀盘振动大、盘形滚刀崩刃、刀圈断裂严重，据某工程不完全统计，由于刀盘振动致使盘形滚刀崩刃、刀圈断裂数量占耗刀量的11.3％、全断面岩石掘进机利用率降低近6％。

发明内容

本发明的目的是提供一种全断面岩石掘进机刀盘联接板厚度的确定方法，其特征在于，所述全断面岩石掘进机刀盘联接板厚度的确定方法是在刀盘中面建立直角坐标系，根据弹性力学理论可求得刀盘挠度z：

式中：z—刀盘挠度；

q—作用在刀盘上的面载荷，由围岩状况、掘进速度等确定；R₀—刀盘半径；r—刀盘中面上一点至z轴的距离；D—刀盘弯曲刚度，其中，E为刀盘材料杨氏弹性模量，t为刀盘厚度，μ为刀盘联接板材料或刀盘材料泊松比；则

同理，根据弹性力学理论求得

式中：r、θ——刀盘中面上的极坐标；

M_r—作用在刀盘上半径等于极径r、极角为θ的圆柱外表面的力矩，矩矢位于刀盘中面且与刀盘中面与圆柱外表面的圆相切；

M_θ—作用在与x轴上逆时针方向的极角为θ、极径为r的过坐标原点的平面上的力矩，矩矢平行于极径或沿极径方向；

Q_r—作用在刀盘上半径等于极径r，极角为θ的圆柱外表面的剪力，力矢平行于z轴；

将式(2)、(3)、(4)和(5)代入式(6)，得

在刀盘外缘，r＝R₀，则式(7)可写为

将刀盘联接板看成弹性薄板，其微分方程为