基于PLC刀盘刀具破岩模态实验平台控制系统设计

张合沛，李凤远，王助锋

(1．盾构及掘进技术国家重点实验室，郑州 450001;2．中铁隧道集团有限公司，河南洛阳 471009)

0 引言

盾构在硬岩及复合地层掘进过程中，盘形滚刀是破岩最有效的工具之一，盘形滚刀破岩机制的研究对盾构及掘进机关键参数(如推力、刀盘扭矩、刀间距等)的地层适应性设计有非常重要的影响，对规范国内盾构的刀盘刀具设计具有重大意义。

根据不同岩石的物理特性，合理设计盘形滚刀的刀间距尤为重要。查阅国内外相关文献，有一些学者或机构进行了滚刀破岩机制方面的研究，但大部分处于初步理论模型研究阶段，A．Bruland于1976年提出的NTNU理论模型，其中提及节理倾向对滚刀破岩速率的影响，但并没有对破岩角进行量化研究。马洪索等［1］介绍了节理倾向对滚刀破岩速率的影响，文中根据室内试验数据重点分析节理倾向对滚刀破岩速率的影响，对破岩角和盘形滚刀刀间距优化设计没有过多的研究，在工程施工过程中更关注的是盘形滚刀的破岩速率和破岩效率，而不同岩层破岩角的合理确定则直接影响到盘形滚刀的破岩速率和破岩效率。

为了把盘形滚刀对不同岩石的刀间距优化设计上升到参数化计算阶段，本文重点介绍和分析刀盘刀具破岩模态实验平台的控制系统设计，同时针对破岩角进行数据采集、分析、处理和计算，以期为盘形滚刀刀间距优化设计提供一种方法。

1 控制系统设计

该实验平台主要利用盘形滚刀对不同岩样进行滚压破岩实验，通过数据采集分析仪器对滚压破岩实验过程中岩样破裂状态数据实时采集，然后分析、计算得到不同岩样的破岩角、贯入度等参数。……