刀具磨损理论计算方法

1.宋克志方法概述

宋克志等人在《盾构切削刀具的工作原理分析》一文中详细介绍了切削刀的受力过程(图5.1，图5.2)并建立了切削刀对刀盘产生的扭矩和推力的计算公式，现将相关内容叙述如下。

轴向推进速度：

式中，V 为轴向推进速度，即盾构机推进的平均速度；P 为刀具的切深；n为刀盘的转速。由力的平衡条件，可知：

图5.1　盾构切削刀具工作原理示意图

图5.2　切削刀具的受力工况

联立求解可求得N 0，N 1。

根据作用力和反作用力的关系，可以得到：

其中，(www.xing528.com)

式中，F t 为切削力沿开挖面方向的分力；F n 为切削力垂直于开挖面的分力；N 0，N 1为刀刃与土体的法向接触力和土体剪切破裂面上的接触力；u 0，u 1为刀刃与土体间的摩擦系数和土体剪切破裂面的摩擦系数；C 为剪切破裂面上土体的黏聚力；F 1为剪切破裂面的面积，可近似按F 1 =P/sinθ计算；α为切削角；θ为破裂面和切割面所成的角，由土力学和塑性力学的知识可知：

切削刀对刀盘产生的扭矩和推力，即刀盘的有效推力和扭矩为

联立式(5.1)、式(5.3)、式(5.4)、式(5.7)、式(5.8)、式(5.9)可以得到：

式中，ri 为切削刀的安装半径。

2.宋克志方法的不足

宋克志方法中，根据刀盘和土体的相互作用特性，给出了单把刀具的受力分析，结合土体的破坏特点，初步分析了盾构刮刀切削土体过程中的受力。得到了刀具切向力和法向力的理论解，但是仍有如下不足：

(1)选用土体剪切破裂面上的黏聚力C 作为刀具磨损的切向应力代表值。这对于一般的黏性土而言是恰当的。但是未能考虑土体的剪切破坏特点，其刀具受力计算值通常过小。

(2)未能考虑刀具磨损以后的受力变化。