برآورد مشخصات و بهينه‌سازي موقعيت قرارگيري ديسك‌هاي محيطي در ماشين‌هاي تونل‌زني سنگ‌هاي سخت

يكي از اهداف مهم در فرايند طراحي كله حفار، جانمائي صحيح ديسكهاي ناحيه محيطي است. با توجه به اينكه سطح مقطع نفوذ ديسكهاي محيطي در سينه كار، كمتر از مقدار مشابه ديسكهاي ناحيه مياني است، نيروي عمودي اعمال شده از طرف آنها به سينه كار كمتر است. براي جلوگيري از ايجاد پله بين اين ديسكها و در نتيجه اعمال نيروهاي نامتقارن به ديسكها و سازه كله حفار، لازم است كه فاصله داري ديسكهاي ناحيه محيطي به تدريج از ناحيه مياني به سمت محيط كله حفار كم شود تا شرايط حفاري بهينه براي اين ديسكها فراهم شود. طراحي فاصله داري و زواياي قرارگيري ديسكهاي محيطي به صورت تجربي انجام مي شود، از اين رو در برخي موارد مشاهده شده است كه عدم رعايت كاهش فاصله داري، منجر به وارد شدن آسيب به سازه كله حفار شده است. در اين مقاله با استفاده از اصول حفاري بهينه (بر اساس نسبت فاصله داري به نرخ نفوذ (S/p))، و با به كارگيري نسبت سطح مقطع نفوذ (نسبت سطح مقطع نفوذ ديسك ناحيه محيطي به سطح مقطع نفوذ ديسك ناحيه مياني) و سطح تماس واقعي ديسك برشي (كه به صورت ترسيمي براي حالات مختلف نرخ نفوذ محاسبه شده است)، يك روش براي برآورد فاصله داري بهينه ديسكهاي برشي، نيروي عمودي اعمال شده به آنها، و همچنين زواياي قرارگيري آنها ارائه شده است. اين روش بر اساس يك فرايند سعي و خطا پايه ريزي شده است و مقادير اوليه مورد نياز در اين فرايند براي پارامترهاي زاويه انحراف آخرين ديسك ناحيه محيطي و زاويه بين آخرين ديسك ناحيه مياني و اولين ديسك ناحيه محيطي، بر اساس تحليل آماري خصوصيات طراحي كله حفار تعدادي از ماشينهاي تونلزني زمينهاي سخت تعيين شده است. نتايج به دست آمده از تحليلها نشان مي دهد كه اختلاف سطح مقطع واقعي نفوذ با سطح مقطع تئوري نفوذ براي ديسكهاي مياني در مقادير نفوذ كم در حد چند درصد است اما در نفوذهاي بيشتر از 10 ميليمتر، اين اختلاف به بيشتر از 10 درصد مي رسد. نتايج تحليلها براي مقادير نسبت سطح مقطع نفوذ نيز بيانگر اين است كه اين نسبت در زواياي انحراف كمتر از 30 درجه به كمتر از 40 درصد مي رسد. براي تشريح مراحل ارائه شده در روش بهينه سازي خصوصيات طراحي ديسكهاي محيطي، يك مثال با ذكر جزئيات طراحي و نتايج نهايي آن ارائه شده است. نتايج روش ارائه شده مي تواند نقش مهمي در ارتقاء روشهاي تجربي طراحي جانمائي ديسكهاي محيطي و بهينه سازي طراحي ماشينهاي تونلزني داشته باشد.