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全断面隧道掘进机盘形滚刀管理方法

阅读：979发布：2021-02-27

IPRDB可以提供全断面隧道掘进机盘形滚刀管理方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于盘形滚刀管理技术领域，特别涉及一种全断面隧道掘进机盘形滚刀的管理方法。该方法的步骤包括：(1)对盘形滚刀进行寿命监测；(2)设置盘形滚刀的极限寿命值Lmax并更换破损刀；(3)对刀盘划分区域；(4)判断不合格刀具；(5)更换不合格刀具。本发明所述方法可以科学的预测盘形滚刀寿命，正确预测换刀位置及换刀时间，不仅提高了盘形滚刀的使用寿命和换刀效率，降低全断面隧道掘进机施工成本，还提高了全断面隧道掘进机的利用率。，下面是全断面隧道掘进机盘形滚刀管理方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.全断面隧道掘进机盘形滚刀管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对盘形滚刀进行寿命监测；

(2)设置盘形滚刀的极限寿命值Lmax并更换破损刀；

(3)对刀盘划分区域；

(4)判断不合格刀具；

(5)更换不合格刀具。

2.根据权利要求1所述的全断面隧道掘进机盘形滚刀管理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，盘形滚刀的寿命 $L_{0} = \frac{m_{0} h}{s k_{s}} \times \frac{r}{R};$ 式中各参数的意义为：

L0为盘形滚刀寿命(即连续掘进长度)；

m0为盘形滚刀极限磨损量；

h为刀盘每转盘形滚刀的侵深；

s为盘形滚刀破岩弧长；

r为盘形滚刀半径；

R为盘形滚刀在刀盘上的安装半径；

ks为盘形滚刀弧长磨损系数。

3.根据权利要求1所述的全断面隧道掘进机盘形滚刀管理方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对刀盘划分区域的步骤为：(31)选择对称于刀盘回转中心的扇形区域，以圆形刀盘的一条半径为起点，将刀盘划分为0～60°和180～240°组成的A区，30～90°和210～270° 组成的B区，60～120°和240～300°组成的C区，90～150°和270～330°组成的D区，120～180°和300～360°组成的E区，以及150～210°和330～390°组成的F区；

(32)以刀盘回转中心为圆心，设刀盘公称直径为dpD，将刀盘划分为半径0.2dpD的圆形区域I，内径0.15dpD、外径0.35dpD的环形区域II，以及内径0.3dpD、外径0.5dpD的环形区域III；

(33)扇形区域A～F以及区域I、II、III共同将刀盘划分为18个区域。

4.根据权利要求1所述的全断面隧道掘进机盘形滚刀管理方法，其特征在于，所述步骤(4)中判断不合格刀具的步骤为：(41)设第i区域内的刀具数量为Ni，1≤i≤18，并将第i区域内的刀具均按直径由大到小排序编号，各刀具编号为1～Ni；

(42)第i区域内，用直径大的刀具的直径依次减比其直径小的刀具的直径，当dj-dk≤l且dj-dk+1>l，1≤j a x i = k - j + 1 , 1≤x≤Ni-1；

(43)找出数值最大的一个或多个以及其对应的刀具，则刀具编号为 $x ~ x + a_{x}^{i} - 1$ 的刀具为合格刀具，其余刀具为不合格刀具。

5.根据权利要求1所述的全断面隧道掘进机盘形滚刀管理方法，其特征在于，所述步骤(5)中更换不合格刀具的步骤为：(51)设不合格刀位上需要更换的刀具直径为d，则d的取值范围为 max(dx-l，Lmax) d x + a x i - 1 < d < min ( d x + a x i - 1 + l , dpD ) ; (52)刀盘18个区域重叠部分的合格刀具直径取值范围为：两个或两个以上区域各自所需的合格刀具直径取值范围的交集。

说明书全文

技术领域

本发明属于盘形滚刀管理技术领域，特别涉及一种全断面隧道掘进机盘形滚刀的管理方法。

背景技术

全断面隧道掘进机的盘形滚刀是施工过程中的易损件和消耗件，科学预测盘形滚刀寿命，正确预测换刀位置及换刀时间，不仅可降低全断面隧道掘进机施工成本，还可提高全断面隧道掘进机利用率。
目前全断面隧道掘进机施工刀具更换和管理仍是定时检修，凭经验更换为主，不利于全断面隧道掘进机施工成本的降低及其利用率提高。

发明内容

本发明针对目前全断面隧道掘进机施工刀具更换和管理过程中的不足，提出了一种全断面隧道掘进机盘形滚刀管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)对盘形滚刀进行寿命监测；
(2)设置盘形滚刀的极限寿命值Lmax并更换破损刀；
(3)对刀盘划分区域；
(4)判断不合格刀具；
(5)更换不合格刀具。
所述步骤(1)中，盘形滚刀的寿命

L_{0} = \frac{m_{0} h}{{sk}_{s}} \times \frac{r}{R};

式中各参数的意义为：
L0为盘形滚刀寿命(即连续掘进长度)；
m0为盘形滚刀极限磨损量；
h为刀盘每转盘形滚刀的侵深；
s为盘形滚刀破岩弧长；
r为盘形滚刀半径；
R为盘形滚刀在刀盘上的安装半径；
ks为盘形滚刀弧长磨损系数。
所述步骤(3)中，对刀盘划分区域的步骤为：
(31)选择对称于刀盘回转中心的扇形区域，以圆形刀盘的一条半径为起点，将刀盘划分为0～60°和180～240°组成的A区，30～90°和210～270°组成的B区，60～120°和240～300°组成的C区，90～150°和270～330°组成的D区， 120～180°和300～360°组成的E区，以及150～210°和330～390°组成的F区；
(32)以刀盘回转中心为圆心，设刀盘公称直径为dpD，将刀盘划分为半径0.2dpD的圆形区域I，内径0.15dpD、外径0.35dpD的环形区域II，以及内径0.3dpD、外径0.5dpD的环形区域III；
(33)扇形区域A～F以及区域I、II、III共同将刀盘划分为18个区域。
所述步骤(4)中判断不合格刀具的步骤为：
(41)设第i区域内的刀具数量为Ni，1≤i≤18，并将第i区域内的刀具均按直径由大到小排序编号，各刀具编号为1～Ni；
(42)第i区域内，用直径大的刀具的直径依次减比其直径小的刀具的直径，当dj-dk≤l且dj-dk+1>l，1≤j a x i = k - j + 1 , 1≤x≤Ni-1；
(43)找出数值最大的一个或多个以及其对应的刀具，则刀具编号为

x ~ x + a_{x}^{i} - 1

的刀具为合格刀具，其余刀具为不合格刀具。
所述步骤(5)中更换不合格刀具的步骤为：
(51)设不合格刀位上需要更换的刀具直径为d，则d的取值范围为 max(dx-l，Lmax) d x + a x i - 1 < d < min ( d x + a x i - 1 + l , dpD ) ;
(52)刀盘18个区域重叠部分的合格刀具直径取值范围为：两个或两个以上区域各自所需的合格刀具直径取值范围的交集。
本发明的有益效果为：本发明所述方法可以科学的预测盘形滚刀寿命，正确预测换刀位置及换刀时间，不仅提高了盘形滚刀的使用寿命和换刀效率，降低全断面隧道掘进机施工成本，还提高了全断面隧道掘进机的利用率。

具体实施方式

本发明提供了一种全断面隧道掘进机盘形滚刀管理方法，下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明。
全断面隧道掘进机盘形滚刀管理方法的步骤为：
(1)对盘形滚刀进行寿命监测，盘形滚刀的寿命为

L_{0} = \frac{m_{0} h}{{sk}_{s}} \times \frac{r}{R}

式中各参数的意义为：
L0为盘形滚刀寿命(即连续掘进长度)；
m0为盘形滚刀极限磨损量；
h为刀盘每转盘形滚刀的侵深；
s为盘形滚刀破岩弧长；
r为盘形滚刀半径；
R为盘形滚刀在刀盘上的安装半径；
ks为盘形滚刀弧长磨损系数；
其中，盘形滚刀破岩弧长s的取值公式为：
正刀和中心滚刀：

s = \int_{0}^{h} \sqrt{\frac{r^{2}}{R^{2}} + \frac{2 r}{2 r - h}} dh = \frac{2}{Rr} \int_{h}^{0} \sqrt{{(\sqrt{2 r} R)}^{2} + {(r \sqrt{2 r - h})}^{2}} d (r \sqrt{2 r - h})

= \frac{2}{R} [\sqrt{\frac{r}{2}} \sqrt{{2 rR}^{2} + {2 r}^{3}} + R^{2} \ln (r \sqrt{2 r} + \sqrt{{2 rR}^{2} + {2 r}^{3}}) - \frac{\sqrt{2 r - h}}{2} \sqrt{{2 rR}^{2} + r^{2} (2 r - h)};

{- R}^{2} \ln (r \sqrt{2 r - h} + \sqrt{{2 rR}^{2} + r^{2} (2 r - h)})]

过渡滚刀：

s = \int_{0}^{θ} \sqrt{{X_{Aθ}^{'}}^{2} + {Y_{Aθ}^{'}}^{2} + {Z_{Aθ}^{'}}^{2}} dθ

= \int_{0}^{θ} \sqrt{- \frac{r^{4}}{R^{2}} \cos^{2} α \cos^{2} θ + 2 (\frac{{2 r}^{3}}{R} \sin α - \frac{r^{4}}{R^{2}} \sin^{2} α - r^{2}) \cos θ + \frac{r^{4}}{R^{2}} \sin^{2} α - 4 \frac{r^{3}}{R} \sin α + \frac{r^{4}}{R^{2}} + {2 r}^{2}} dθ

= \frac{1}{R} \int_{0}^{h} \sqrt{\frac{{2 r}^{3} + 2 Rr - r^{2} h \cos α - {4 Rr}^{2} \sin α}{\cos α (2 r \cos α - h)}} dh

= \frac{2}{R \cos α} [r \cos α \sqrt{r^{2} + R^{2} - 2 Rr \sin α} + (r^{2} \sin^{2} α + R^{2} - 2 Rr \sin α) \times

\ln (\sqrt{{2 r}^{3} + {2 R}^{2} r - {4 Rr}^{2} \sin α} + \sqrt{2 r} r \cos α) -

\frac{1}{2} \sqrt{({2 r}^{3} + {2 R}^{2} r - {4 Rr}^{2} \sin α - r^{2} h \cos α) (2 r \cos^{2} α - h \cos α)}

- (r^{2} \sin^{2} α + R^{2} - 2 Rr \sin α) \ln (\sqrt{{2 r}^{3} + {2 R}^{2} r - {4 Rr}^{2} \sin α - r^{2} h \cos α} + \sqrt{{2 r}^{3} \cos^{2} α - r^{2} h \cos α}

(2)设置盘形滚刀的极限寿命值Lmax并更换破损刀；
(3)对刀盘划分区域，具体步骤为；
(31)选择对称于刀盘回转中心的扇形区域，以圆形刀盘的一条半径为起点，将刀盘划分为0～60°和180～240°组成的A区，30～90°和210～270°组成的B区，60～120°和240～300°组成的C区，90～150°和270～330°组成的D区， 120～180°和300～360°组成的E区，以及150～210°和330～390°组成的F区；
(32)以刀盘回转中心为圆心，设刀盘公称直径为dpD，将刀盘划分为半径0.2dpD的圆形区域I，内径0.15dpD、外径0.35dpD的环形区域II，以及内径0.3dpD、外径0.5dpD的环形区域III；
(33)扇形区域A～F以及区域I、II、III共同将刀盘划分为18个区域。
(4)判断不合格刀具，具体步骤为；
(41)设第i区域内的刀具数量为Ni，1≤i≤18，并将第i区域内的刀具均按直径由大到小排序编号，各刀具编号为1～Ni；
(42)第i区域内，用直径大的刀具的直径依次减比其直径小的刀具的直径，当dj-dk≤l且dj-dk+1>l，1≤j a x i = k - j + 1 , 1≤x≤Ni-1；
(43)找出数值最大的一个或多个以及其对应的刀具，则刀具编号为

x ~ x + a_{x}^{i} - 1

的刀具为合格刀具，其余刀具为不合格刀具。
(5)更换不合格刀具，具体步骤为：
(51)设不合格刀位上需要更换的刀具直径为d，则d的取值范围为 max(dx-l，Lmax) d x + a x i - 1 < d < min ( d x + a x i - 1 + l , dpD ) ;
(52)刀盘18个区域重叠部分的合格刀具直径取值范围为：两个或两个以上区域各自所需的合格刀具直径取值范围的交集。
实施例1
以A区和I区相交的A1区为例，设此区为第1区，即i＝1，设置刀具的寿命极限尺寸Lmax＝397mm，刀具的公称直径dpD＝432mm，刀具间容许差距 l＝15mm，首先将滚刀直径d<397mm和d>432mm的刀具更换为直径 397mm≤d≤432mm的刀具。
A1区有7把刀，按直径由大至小排列，分别编号为1～7，直径依次为 430mm，425mm，417mm，414mm，409mm，408mm，398mm。根据dj-dk≤l 且dj-dk+1>l，1≤j a x i = k - j + 1 , 1≤x≤Ni-1 的标准，得到

a_{3}^{1} = 4,

即对应编号为3～6的刀具，其直径d分别为417mm， 414mm，409mm，408mm的刀具为合格刀具，而其余的直径430mm，425mm， 398mm的刀具为不合格刀具。
A1区合格刀具直径的取值范围为：
max(dx-l，Lmax) d x + a x i - 1 < d < min ( d x + a x i - 1 + l , dpD ) , 代入数值，即为：

(402 mm < d_{A_{1}} < 417 mm) \cup (408 mm < d_{A_{1}} < 423 mm) .

B区和I区相交的B1区，设此区为第2区，即i＝2，该区域内有6把刀具，其直径由大至小排列，分别为431mm，427mm，420mm，418mm，405mm， 400mm。按上述方法对区内刀具进行判别，得到

a_{1}^{2} = 4,

即431mm，427mm， 420mm，418mm刀具为合格刀具。并得到B1区合格刀具直径的取值范围为：

(416 mm < d_{B_{1}} < 431 mm) \cup (418 mm < d_{B_{1}} < 432 mm) .

则A1区和B1区相交的区域的合格刀具直径的取值范围为：

[(402 mm < d_{A_{1}} < 417 mm) \cup (408 mm < d_{A_{1}} < 423 mm)] \cap [(416 mm < d_{B_{1}} < 431 mm \cup 418 mm < d_{B_{1}} < 432 mm)]

即

(416 mm < d_{A_{1} B_{1}} < 417 mm) \cup (416 mm < d_{A_{1} B_{1}} < 423 mm) \cup (418 mm < d_{A_{1} B_{1}} < 432 mm) .

其余各区与A1区相交区域的合格刀具直径的取值范围以同样方法计算求出。

标题	发布/更新时间	阅读量
隧道滚子-专利编号CN103797255B	2020-05-11	689
重型滚道-专利编号CN110985538A	2020-05-11	580
5滚道轴承滚子-专利编号CN108150542A	2020-05-12	654
隧道滚子-专利编号CN103797255A	2020-05-11	359
滚道装置-专利编号CN108867208A	2020-05-12	581
无动力滚道-专利编号CN101434334A	2020-05-12	705
轴承滚道圈及滚动轴承-专利编号CN105526256B	2020-05-13	609
输送滚道-专利编号CN106945988A	2020-05-11	511
滚道圈以及具有该滚道圈的滚动轴承-专利编号CN106460932A	2020-05-13	899
滚子轴承内圈滚道磨床-专利编号CN103639869A	2020-05-13	122

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