[发明专利]全断面岩石掘进机滚刀米字型结构布置方法

摘要

本发明全断面岩石掘进机滚刀米字型结构布置方法属于全断面岩石掘进机刀盘设计领域。根据隧道工程的地质报告，确定地质参数和掘进参数，包括：岩石无侧限抗剪强度τ，岩石单轴抗压强度σ，岩石巴西抗拉强度σ_τ，围岩稳定性，掘进速度，刀盘转速。建立刀盘上滚刀布置问题的自动化求解模型，采用米字型结构布置方法和协同进化方法确定正滚刀和边滚刀的布置位置。滚刀在面板式刀盘上布置时，需要满足刀盘整体技术性能指标，包括刀盘受到的侧向力、倾覆力矩、干涉面积、相邻滚刀非顺次破岩数量和质心。本发明能快速有效地确定刀具在刀盘上的布置位置，延长掘进机刀盘、刀具以及刀盘大轴承寿命，减轻掘进机震动和噪音，提高刀盘掘进效率。

主权项

1一种全断面岩石掘进机滚刀米字型结构布置方法，其特征在于：(1)根据引水隧道工程的地质报告，确定地质参数和施工掘进参数；地质参数包括：岩石无侧限抗剪强度τ，岩石单轴抗压强度σ，岩石的巴西抗拉强度σ_τ，围岩稳定性；施工掘进参数包括：掘进速度，刀盘转速；若地质报告不能提供所需要的地质参数，则需要进行围岩地质采样，进行岩石单轴抗压抗拉实验来获取相关地质参数；(2)盘刀在面板式刀盘上布置时，需要满足刀盘整体技术性能指标，包括刀盘受到的侧向力、倾覆力矩、干涉面积、相邻滚刀非顺次破岩数量和质心；侧向力小于5KN，倾覆力矩小于50KN.m，干涉面积等于0，相邻滚刀在布置过程中不能在同一个位置角度，质心位置数值小于等于3mm；(3)设刀盘直径为D，确定米字型结构分支线的数量为q，其中D≤q≤αD，α为放大系数，取1≤α≤6，且α数值随刀盘直径增大而减小；米字型结构分支线以刀盘回转中心为起点，每隔角度画出q条射线，分别逆时针标号为1～q；(4)确定米字型结构布置区域：设第一把边滚刀的极经为ρ_t，以刀盘回转中心为圆心，半径为ρ_t画一个圆，确定圆内区域为正滚刀米字型结构布置区域，此圆以外到刀盘边缘的环形区域为边滚刀随机布置区域；(5)设刀盘上正滚刀的布置数量为n₁，相邻正滚刀顺次布置角度差为θ_d，以刀盘回转中心为起点，各正滚刀在刀盘上极经ρ_t为半径，画n₁个同心圆，每一个同心圆与q条射线相交于q个交点，此q个交点为正滚刀可选择的布置参考点，所有参考点的集合记做L，L＝{L₁，...，L_q}；对n₁个正滚刀进行米字型结构布置，构造辅助方程：θk=(k-1)2πq,]]>其中k为正滚刀的序号k＝{1，...，n₁}，θ_k为第k把正滚刀的位置角，当k为奇数时，第k把正滚刀位置按照辅助方程求解得到；当k为偶数时，第k把正滚刀位置角θ_k＝θ_k-1+π。同时使得正滚刀的位置角在布置过程中满足|θ_k-θ_k-1|≥θ_d和|θ_k+1-θ_k|≥θ_d；(6)根据隧道地质条件、施工要求、刀盘整体技术性能要求和米字型结构，建立刀盘上滚刀布置问题的自动化求解模型；(7)将原滚刀布置问题分解为正滚刀布置子问题和边滚刀布置子问题，采用双子问题协同进化方法确定所有边滚刀的布置位置。