小断面矩形掘进机仿形刀盘设计方法研究

仿形刀盘设计是小断面矩形掘进机研制过程中的关键技术,直接关系到隧道成型质量和设备利用率。提出了一种利用行星式传动机构进行小断面矩形隧道全断面开挖的仿形刀盘设计方法,基于刀盘轮廓与断面滚动相切的仿形原理,建立了刀盘轮廓的理论模型,在此基础上对刀盘切削轨迹和开挖面进行分析,指出直角矩形边角超挖不可避免,通过确定刀盘最优中心距、设置矩形圆角、优化刀盘轮廓,实现了圆角矩形隧道的全断面开挖。进一步通过刀盘轮廓质点的运动规律分析,依据刀具磨损等寿命原则,提出仿形刀盘刀具布置策略。结合日本2 m级矩形掘进机在砂砾层中的掘进试验,验证了刀盘设计方法的可行性,研究成果为小断面矩形掘进机仿形刀盘设计提供了理论依据。