外倾安装与传统安装盘形滚刀破岩中的能量利用对比

降低全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩过程中的比能一直是研究的热点。通过在设定条件下,对比外倾安装盘形滚刀和传统安装盘形滚刀破岩过程中的比能发现,适当外倾安装盘形滚刀可有效降低盘形滚刀的破岩比能;17、19和21英寸盘形滚刀在刀间距为76 mm时,适当外倾安装,其破岩比能较同规格传统安装盘形滚刀的破岩比能小,比能减小相对量最大发生在10 mm贯入度;贯入度在10mm以下,外倾安装的17、19和21英寸盘形滚刀在刀间距为76 mm时,破岩比能比传统安装的同规格盘形滚刀破岩比能减小相对量基本相同;而贯入度在10 mm以上时,外倾安装的19英寸盘形滚刀破岩比能比同规格传统安装的盘形滚刀破岩比能减小相对量相对较大,其次是21英寸盘形滚刀,再其次是17英寸盘形滚刀。该结论在研究中尚属首次发现,希望能为全断面岩石掘进机研制理论的发展提供基础依据。

盘形滚刀破岩效能理论分析

盘形滚刀破岩的一维模型是研究盘形滚刀破岩的基础.已有理论研究成果给出了盘形滚刀推力预测公式,已有压痕试验成果不仅给出了盘形滚刀推力预测公式还证明了存在破岩比能最小的刀间距.这些研究成果都是在正安装盘形滚刀条件下做出的.通过对比外倾安装和正安装盘形滚刀与岩石相互作用的力学模型,应用塑性理论证明了外倾安装盘形滚刀比正安装盘形滚刀的破岩比能低.以某实际TBM工程为例,发现,就单把盘形滚刀而言,外倾安装的盘形滚刀比正安装盘形滚刀破岩比能最高可降低11%以上,最低也可降低2.3%;还发现盘形滚刀轨迹圆半径越小,采用外倾安装盘形滚刀的破岩比能减小相对量越大;盘形滚刀半径越大,外倾安装盘形滚刀的破岩比能减小相对量也越大;盘形滚刀切深越小,外倾安装盘形滚刀的破岩比能减小相对量也越大.此结论将为盘形滚刀的设计和应用提供有价值的参考.