掘进机滚刀最优破岩刀间距的分析与计算.pdfVIP

，M。O—DE…RN．黑罗吼L矾G 掘进机滚刀最优破岩刀间距的分析与计算T“wo…。’…斗～Ⅲ’’M…o…。70‘I o+I’ TECHNoLoGY 文章编号：1009—6582(2014)03—0124—07 DOh 掘进机滚刀最优破岩刀问距的分析与计算 冯欢欢陈馈周建军李凤远王助锋 (盾构及掘进技术国家重点试验室，郑州450001) 摘要为进一步提高掘进机刀盘滚刀的破岩效率，在刀盘设计过程中确定合理的刀间距显得尤为重要。文章 在利用岩石破碎角推导破岩刀间距范围的基础上，基于RFPA分析系统，进行了双刀、三刀作用下的不同刀间距破岩 效果的分析，并推导出了最优破岩刀间距的计算公式：为验证刀间距计算公式的准确性，基于自主研制的滚刀岩机 作用综合试验台，进行了三滚刀顺次滚压作用下的不同刀间距破岩效率的试验研究。试验结果验证了所推导的最优 刀间距计算公式的科学性，进一步完善了刀盘刀具高效破岩理论。 关键词掘进机滚刀刀间距破岩效率顺次滚压 中图分类号：U455．3+．1文献标识码：A 掘进机作为地下施工的常用装备，已经得到了 型、岩石破碎过程模型及盘形滚刀法向破岩力的理 广泛的应用：随着人们对地下空问进行开发利用步 论计算公式等：(2)借助线性的或回转式刀具切削性 伐的加快，对掘进机施工效率的要求也越来越高。掘 能测试试验台，对滚刀回转切削三向力模型、岩石破 进机刀盘破岩效率直接影响掘进机施工的快慢，而 碎模型等进行了试验论证，得到了滚刀回转切削三 其不仅与掘进机的自身结构特点、所使用的破岩刀 向力及岩石破碎块度随不同参数的变化规律、岩石 具形式、工程地质状况和岩石特性等有关，还与刀盘 裂纹及压力的发展变化规律等。 上刀具的刀间距布置状况、贯入度、刀具法向力等密 不同刀问距下岩石的破坏形式也不一样，刀问 切相关 距过大，裂纹就很难贯通，中问岩石以脊背形式留在 滚刀设计和使用的关键理论是其与作用对 岩体上：刀问距过小，虽然岩石完全破碎，但破碎单 象一一岩石的相互作用机理。滚刀岩机作用机理[1．2] 位体积岩石所需要的能量过大，不经济。刀问距作为 不仅是盘形滚刀设计的基础理论，也是用于对掘进 决定掘进机刀盘刀具破岩效率的关键因素之一，如 机施工掘进参数：贯入度、刀盘转速、滚刀法向推进 何确定出合理刀问距是研究刀具破岩机理的一个重 力等进行预测的指导理论。因此，滚刀与岩石相互作 要课题。现有关于破岩刀问距的研究多是基于线性 用关系一直是掘进机施工控制领域的重点基础理论 切割试验台，存在无法真实模拟掘进机刀具实际工 研究课题之一，国内外在理论计算、数值模拟、模型 况的缺陷。本文基于回转式滚刀岩机作用试验台，以 试验等方面展开了大量的研究工作，并取得了许多 17英寸盘形滚刀和石灰岩等常见岩石为研究对象， 有价值的结论M。前人针对滚刀岩机作用理论研究 对多刀作用下的最优破岩刀问距展开研究。 所取得的成果主要包含两个方面：(1)基于LS—DY— ，7葡毒岂。ji『jij59；i．．-鲞i5《吝务景斤 NA、ANSYS等软件平台对盘形滚刀破岩过程进行 有限元仿真，分析盘形滚刀破岩过程的运动特征、受 力变化及岩石破碎过程，得到了滚刀受力及运动模 修改稿返回Et期．2013-11-06 与开发资金项目(编号：1301065A)资助． 作者简介：冯欢欢(1987一)，男，助理工程师，硕士，主要从事盾构掘进机研究工作，E—mail163．C()i11． 124 第51卷第3期【总第356期)2014年6月出版 V01．51．No．3．Total．No．356Jun．2014 万