一种全断面岩石掘进机一体化滚刀系统的设计与评估方法

1.本发明涉及全断面岩石掘进机滚刀设计与评估领域，尤其涉及一种全断面岩石掘进机一体化滚刀系统的设计与评估方法。


背景技术：

2.与传统爆破方法相比，全断面岩石掘进机(tbm)具有高效、安全等优点，已成为隧道施工的主要工具。滚刀是按一定规律分布在tbm刀盘上的零件，滚刀作为盾构机的主要切削工具，直接与岩石或土壤作用，在工作过程中容易磨损或损坏。要使tbm可靠运行，更换滚刀是tbm运行中必不可少的环节。然而，更换任务目前依赖于人工工作。人工进行换刀作业时，面临泥水、高压、隧道坍塌、岩爆等问题，换刀事故已成为隧道施工过程中的主要事故源。此外换刀的过程还占据了整个施工周期的三分之一以上。手动更换滚刀的危险性和低效率促使工程师研究自动更换滚刀的技术，利用重载换刀机器人进行换刀。
3.换刀机器人在tbm狭小和高温高湿的环境中不能够实现过于复杂的拆卸动作，传统刀具系统的零件种类繁多，如螺栓、螺钉锁紧块、固定块、刀具等，拆装复杂，步骤繁琐，不能够适应机器人自动化换刀的需求，因此有必要设计一种便于灵活性低的机器人拆装的一体化滚刀系统。法国公司bouygues和nfm提出了一种连杆滑块机构类型的一体化滚刀系统(camus t,moubarak s.maintenance robotics in tbm tunnelling[c]//isarc.proceedings of the international symposium on automation and robotics in construction.iaarc publications,2015,32:1.)，无需要改变刀盘结构，滚刀的结构比较简单，但其没有对滚刀进行系统化的设计；德国人工智能研究中心(dfki)机器人创新中心开发了一种滑块式的一体化滚刀系统(simi a,manacorda g.the nettun project:design of a gpr antenna for a tbm[c]//2016 16th international conference on ground penetrating radar(gpr).ieee,2016:1-6.)，抗冲击载荷能力强、机器人末端执行器接口简单，也没有对滚刀进行系统化的设计；宏润建设集团有限公司提出了一种采用偏心圆机构锁紧刀具的一体化滚刀系统(yuan j,guan r,du j.design and implementation of disc cutter changing robot for tunnel boring machine(tbm)[c]//2019ieee international conference on robotics and biomimetics(robio).ieee,2019:2402-2407.)，没有对滚刀进行系统化设计。
[0004]
综上所述，迄今为止，学者和企业创造的方案大多是凭灵感或经验设计的，没有学者从拓扑理论的角度系统地分析新型刀具系统的配置和方案。刀具系统的性能评价方法在工业上尚未建立，因此无法确定不同方案的优劣。为此，提出了一种基于拓扑理论的一体化刀具系统构型设计方法，得到了一体化刀具一种构型的解空间，同时采用层次分析法(ahp)构建解空间的评价体系，通过评价体系，可以得出某一配置的最优方案。


技术实现要素：

[0005]
考虑到滚刀的工作环境要求，一体化滚刀系统必须拥有良好的机械性能以及紧固
性；为了适应换刀机器人，提高换刀效率，其拆卸和安装应尽可能的简单；基于以上目的，设计一种全断面岩石掘进机一体化滚刀系统的设计与评估方法。
[0006]
本发明的技术方案如下：一种全断面岩石掘进机一体化滚刀系统的设计与评估方法，包括步骤如下：
[0007]
步骤1)、基于平面拓扑机构理论的机构类型，进行一体化滚刀系统的设计；一体化滚刀系统等同于多杆单自由度平面机构，根据机构学公式计算出多杆单自由度平面机构的有效运动部件数、运动副数以及闭合链的数目，作为后续二元曲柄以及加权拓扑收缩图设计的具体依据。由二元曲柄的分配原则，得到二元曲柄的分配方案，对二元曲柄进行分配，进一步得到仅一种一体化滚刀系统的加权拓扑收缩图；
[0008]
为满足全断面岩石掘进机滚刀的工作要求，本方案所设计的二元曲柄的分配原则如下：滚刀v所受到的载荷主要沿着滚刀v的径向和朝着滚刀锁紧机构的方向，载荷通过滚刀轴传递到滚刀锁紧机构的机架上；滚刀锁紧机构以滚刀轴为对称轴对称分布，滚刀锁紧机构的机架位于滚刀轴中心轴线上；滚刀v的锁紧解锁仅依靠旋转螺杆ⅲ带动螺母iv沿螺杆ⅲ上下移动，用于简化拆卸动作；
[0009]
步骤2)、根据加权拓扑收缩图得到一体化滚刀系统的机构原理图，在机构原理图的基础上，对滚刀的具体结构进行设计不同未分配的机架和锁紧块的运动链图方案，对其进行评估；根据设计目标以及滚刀的工作条件，选取六个指标作为全断面岩石掘进机的评价参数，包括：拆卸动作数量、抽出滚刀空间的尺寸、一体化滚刀系统的总体积、一体化滚刀系统的静力强度、一体化滚刀系统的质量、一体化滚刀系统提供的预紧力；
[0010]
采用一种多准则决策方法来确定各评价参数的权重：通过比较各评价参数的相对重要性得到比较矩阵，构建比较矩阵进行一致性检验，将比较矩阵最大特征值对应的特征向量作为各评价参数的权重；根据权重获得全断面硬岩掘进机一体化滚刀系统的评价指标，评价指标最高对应的运动链图方案为最优方案。
[0011]
通过机构学公式计算得到多杆单自由度平面机构的有效运动部件数、运动副数以及闭合链的数目，包括：
[0012]
根据机构学理论，闭合链的自由度和机构的自由度分别由如下公式确定：
[0013]fk
＝3(n
k-1)-2pk[0014]
wk＝3n
k-2pk[0015]
其中，fk为多杆单自由度平面机构的自由度，wk为闭合链的自由度，nk为多杆单自由度平面机构的有效运动部件数，pk为多杆单自由度平面机构的运动副数；当多杆单自由度平面机构含有多个关节时，多关节系数由如下公式求得：
[0016][0017]
其中，vk为多关节系数，kf为多关节中重叠的关节数，pf为kf个重叠关节组成的多关节数；
[0018]
由如下公式得到具有i个运动副的杆件数与pf和vk的关系：
[0019]
[0020]
式中，mi为具有i个运动副的杆件数，闭合链的数目根据下式获取：
[0021]
lk＝p
k-nk+1
[0022]
其中，lk是多杆单自由度平面机构中闭合链的数目，mi和nk的关系从如下公式得出：
[0023][0024]
nk根据上述各式联立解得；
[0025][0026]imax
与lk、v
max
的关系如下公式所示：
[0027]imax
≤lk+1
[0028]vmax
≤2(l
k-1)
[0029]
对于无关节的多杆单自由度平面机构，根据上述所有公式求解得wk，pk，lk，i
max
，进而得到mi的值。
[0030]
所述多准则决策方法采用层次分析法ahp；对于一体化滚刀系统的评估，层次分析法的评估层次包括目标层、准则层和解决方案层；
[0031]
所述比较矩阵的一致性通过一致性指标ci和校验率cr来验证，通过如下公式计算：
[0032][0033][0034]
其中，ci为一致性指标，λ
max
为比较矩阵的最大特征值，a为比较矩阵的阶数，cr为校验率，ri(a)为随机一致性指标，与a有关且为标准；
[0035]
当cr《0.1时，比较矩阵通过一致性检验，将比较矩阵的最大特征值对应的特征向量w作为各评价参数的权重；全断面硬岩掘进机ics评价指标s如下公式建立：
[0036]
s＝w1t+w2l+w3v+w4σ+w5m+w6p0[0037]
其中，t为拆卸动作数量，l为抽出滚刀空间的尺寸，v为一体化滚刀系统的总体积，σ为一体化滚刀系统的静力强度，m为一体化滚刀系统的质量，p0为一体化滚刀系统提供的预紧力。
[0038]
本发明的有益效果：通过平面机构的拓扑理论对全断面岩石掘进机一体化滚刀的构型进行系统设计，解决一体化滚刀系统设计过程过度依赖设计者工程经验的问题；基于层次分析法建立一体化滚刀系统的评价指标，系统化评价不同设计方案的优劣。
附图说明
[0039]
图1为一种全断面岩石掘进机一体化滚刀系统整体结构示意图；
[0040]
图2为满足一体化滚刀系统设计需求的拓扑缩略图；
[0041]
图3为对拓扑缩略图进行分配后得到的加权拓扑缩略图；
[0042]
图4为一体化滚刀系统的评价层次图；
[0043]
图5为根据加权拓扑缩略图得到未分配机架和锁紧块的运动链图，进而确定机架和锁紧块，得到的运动链示意图一；
[0044]
图6为根据加权拓扑缩略图得到未分配机架和锁紧块的运动链图，进而确定机架和锁紧块，得到的运动链示意图二；
[0045]
图7为根据加权拓扑缩略图得到未分配机架和锁紧块的运动链图，进而确定机架和锁紧块，得到的运动链示意图三；
[0046]
图8为根据加权拓扑缩略图得到未分配机架和锁紧块的运动链图，进而确定机架和锁紧块，得到的运动链示意图四；
[0047]
图9为如图5所示的运动链示意图对应的机构示意图，对应方案1；
[0048]
图10为如图6所示的运动链示意图所对应的机构示意图，对应方案2；
[0049]
图11为如图6所示的运动链示意图所对应的另一种机构示意图，对应方案3；
[0050]
图12为如图7所示的运动链示意图所对应的机构示意图，对应方案4；
[0051]
图13为tbm一体化滚刀系统的防松结构示意图。
[0052]
图中，
ⅰ‑
锁紧块；ii-连杆；
ⅲ‑
螺杆；iv-螺母；v-滚刀；
ⅵ‑
刀轴支撑。
具体实施方式
[0053]
下面结合附图及技术方案详细说明本发明的具体实施方式。
[0054]
以六杆系统为例，全断面岩石掘进机一体化滚刀系统的设计与评估方法分为以下几步进行。
[0055]
1)基于平面拓扑机构理论的机构类型，进行新型一体化滚刀的系统化设计。以六杆系统为例，求解运动链和机构简图。可以将本一体化滚刀系统看成六杆单自由度平面机构。根据机构学公式计算出有效运动部件数、运动副数以及机构中闭合链的数目，根据分配方案，只能得到一种拓扑缩略图，如图2所示。为满足一体化滚刀系统的设计要求，二元曲柄的分配原则如下：滚刀v所受到的载荷主要是沿着滚刀v的径向和朝着滚刀锁紧机构的方向，通过滚刀轴传递到锁紧机构的机架上。因此，为了更好地分配载荷，机构需要对称分布，机架需要位于其中心轴线上。此外，对于新型全断面岩石掘进机一体化滚刀系统，为简化拆卸动作，滚刀v的锁紧解锁必须仅依靠旋转螺杆ⅲ带动螺母iv沿螺杆ⅲ上下移动。基于上述分配原则，对拓扑缩略图进行分配，得到其加权拓扑收缩图，如图3所示。
[0056]
2)根据设计目标和实际工程经验，选取了六个指标作为全断面岩石掘进机评价的参数：拆卸动作数量，抽出滚刀空间的尺寸，一体化滚刀系统的总体积，静力强度，一体化滚刀系统的质量，一体化滚刀系统提供的预紧力。采用解决复杂决策问题的一种多准则决策方法ahp来确定各因素的权重：通过比较各评价因子的相对重要性得到比较矩阵，比较矩阵构建完成后进行一致性检验，可将比较矩阵最大特征值对应的特征向量作为这些因素的权重。
[0057]
通过机构学公式计算得到机构示意图与运动链图，包括：
[0058]
根据机构学理论，闭合链和机构的自由度分别如如下公式确定：
[0059]fk
＝3(n
k-1)-2pk[0060]
wk＝3n
k-2pk[0061]
其中fk为多杆单自由度平面机构的自由度，wk为闭合链的自由度，nk为多杆单自由度平面机构的有效运动部件数，pk为多杆单自由度平面机构的有效运动部件的运动副数。当多杆单自由度平面机构的有效运动部件含有多个关节时，多关节系数可由如下公式求得：
[0062][0063]
其中，vk为多关节系数，kf为多关节中重叠的关节数，pf为kf个重叠关节组成的多关节数。由如下公式可以得到具有i个运动副的杆件数与pf和vk的关系：
[0064][0065]
式中ni为具有i个运动副的杆件数，机构中闭合链的数目可用式描述：
[0066]
lk＝p
k-nk+1
[0067]
其中，lk是多杆单自由度平面机构中闭合链的数量，mi和nk的关系可以从如下公式得出：
[0068][0069]
nk可以由上述各式联立解得，以n2为例说明：
[0070][0071]imax
与lk、v
max
的关系如下公式所示：
[0072]imax
≤lk+1
[0073]vmax
≤2(l
k-1)
[0074]
对于无多关节的六杆单自由度平面机构。根据上述所有公式求解可得wk，pk，lk，i
max
，进而我们可以通过方程得到mi的值。
[0075]
对一体化滚刀系统的评估采取如下方法：
[0076]
考虑到拆卸动作数量，抽出滚刀空间的尺寸，一体化刀具系统的总体积，静力强度，一体化滚刀系统的质量，一体化滚刀系统提供的预紧力这六个评价指标，一体化滚刀系统的评价涉及多个因素，是一个复杂的决策问题。层次分析法是一种解决复杂决策问题的多准则决策方法，采用层次分析法确定各因素的权重。层次分析法针对复杂困难问题的基本原则是首先选择相关因素并确保其层次结构，然后将这些因素相互比较以确保其相对重要性，最后确定其权重。对于一体化滚刀系统的评估，评估层次包括目标层、准则层和解决方案层，如图3所示。由多名全断面硬岩掘进机设计专家共同讨论，通过比较各评价因子的相对重要性得到判别矩阵，具有工程指导意义。
[0077]
比较矩阵在构建后进行一致性检查。此外，比较矩阵的一致性必须通过一致性指标(ci)和校验率(cr)来验证，它们可以分别通过如下公式计算：
[0078]
[0079][0080]
其中，ci为一致性指标，λ
max
为比较矩阵的最大特征值，a为比较矩阵的阶数，cr为校验率，ri(a)为随机一致性指标,与a有关且为标准。
[0081]
如果cr《0.1，比较矩阵通过一致性检验，则可以将比较矩阵的最大特征值对应的特征向量w作为这些因素的权重。全断面硬岩掘进机ics评价指标s如下公式建立：
[0082]
s＝w1t+w2l+w3v+w4σ+w5m+w6p0[0083]
其中，t为拆卸动作数量，l为抽出滚刀空间的尺寸，v为一体化滚刀系统的总体积，σ为一体化滚刀系统的静力强度，m为一体化滚刀系统的质量，p0为一体化滚刀系统提供的预紧力。
[0084]
所设计的一体化滚刀系统可以看成是对于无多关节的六杆单自由度平面机构，其中fk＝1，lk＝6，vk＝0。依据上述所提及的计算方法可以得到，wk＝4，pk＝7，lk＝2，i
max
≤3，并且有：
[0085]
n2+n3＝nk＝6,
[0086]
2n2+3n3＝2p
k-vk＝14,
[0087]
n2＝n4+wk+vk＝4.
[0088]
可以得到n2＝4和n3＝2，根据分配方案可以得到如图2所示的一种拓扑收缩图，为了更好的承受载荷，锁紧机架，机构需对称分布，另外为简化设计过程，将丝杠螺母副视为运动副，同样需要位于对称面上。因此可以得到如图3所示的加权拓扑收缩图。
[0089]
根据加权拓扑收缩图得到未分配的机架和锁紧块的运动链图，如图5-图8所示，其中图8所对应的运动链示意图相当于一个四杆机构，图5所对应的机构示意图如图9所示，图6所对应的机构示意图如图10、图11所示，图7所对应的机构示意图如图12所示。
[0090]
下一步对所设计的一体化刀具系统进行系统评估，选取六项指标作为tbm传统滚刀系统的评价参数，分别是：拆卸动作次数、滚刀抽出的尺寸、一体化滚刀系统的总体积、静力强度、一体化滚刀系统的质量、一体化滚刀系统提供的预紧力。以方案1为例说明各参数的确定，其余方案同理。
[0091]
(1)所需的拆卸动作越少，tbm换刀机器人的设计就越简单。因此，拆卸动作的次数对于一体化滚刀系统来说是一个非常重要的指标。对于如图9所示的方案1，拆卸刀具需要三个动作。第一步是旋转螺杆使锁紧块退回，第二步是抓紧滚刀，第三步是抽出滚刀。
[0092]
(2)tbm换刀空间非常狭窄，抽出刀具的空间尺寸l非常小。而且，也不能通过修改tbm的结构来增加拔刀所需的空间。因此，l是一体化滚刀系统的一个非常重要的指标。对于解决如图9所示的方案1，l为490mm。
[0093]
(3)一体化滚刀系统的总体积。tbm刀盘上刀具的数量与一体化滚刀系统的体积大小有关。一体化滚刀系统的体积不应超过传统滚刀系统的体积，以减少对tbm效率的影响。如图9所示的方案1的v＝472mm
×
600mm
×
620mm。
[0094]
(4)一体化滚刀系统应具有足够的强度，以确保刀具在承受较大冲击载荷的可靠性。根据实际工况对如图9所示的方案1进行分析可得到一体化滚刀系统在额定载荷下的最大应力和最大变形分别为96.556mpa和0.7399mm。这表明一体化滚刀系统在额定负载下的安全系数为3.58，高于要求的安全系数2。
[0095]
(5)一体化滚刀系统的质量直接影响到换刀机器人的尺寸，而tbm内部可供机器人工作的空间非常小。如图9所示的方案1的质量为319kg。
[0096]
(6)一体化刀具系统的预紧力，刀具受到很大的冲击力和振动，这可能导致ics松动。图9-12所示的四种方案锁紧时，锁定块的预紧力由螺栓提供。目前工程中使用的滚刀系统螺栓均为10.9级细纹螺栓，因此4种一体化滚刀系统方案的螺栓等级统一设置为10.9级细纹螺栓。如图9所示的方案1采用2个螺栓，标准预紧力为916kn。
[0097]
对4台tbm一体化滚刀系统和传统滚刀系统的评价参数进行分析后，得到的结果如表3所示。
[0098]
表3tbm的传统滚刀系统和一体化滚刀系统的评价参数值
[0099][0100][0101]
为更好地分析各参数对tbm一体化滚刀系统的评价指标的影响，对参数值进行归一化处理，得到归一化参数值如表4所示。
[0102]
表4 tbm的传统滚刀系统和一体化滚刀系统的归一化评价参数值
[0103][0104]
采取层次分析法确定各因素的权重，评估层次如图3所示。通过比较各评价因子的相对重要性得到判别矩阵，如下所示。
[0105][0106]
判别矩阵的一致性必须通过一致性指标(ci)和校验率(cr)来验证。
[0107]
ci＝(λ
max-a)/(a-1)＝(6.0739-6)/(6-1)＝0.0148,
[0108][0109]
因为cr＝0.0117《0.1，判别矩阵通过一致性检验，所以，可以将判别矩阵的最大特征值对应的特征向量w作为这些因素的权重。
[0110]
w＝[0.2224,0.3792,0.0795,0.1281,0.1281,0.0626]
t
[0111]
tbm一体化滚刀系统的评价指标s由如下公式建立：
[0112]
s＝w1t+w2l+w3v+w4σ+w5m+w6p0[0113]
其中一体化滚刀系统解决方1-4的s值分别为s1＝0.9481,s2＝0.7478,s3＝0.8646,s4＝0.8148。由s值可知方案1最优，故采用方案1作为最终方案。
[0114]
一体化滚刀系统的防松结构设计：新型tbm一体化滚刀系统防松结构示意图如图13所示。首先旋转螺杆ⅲ，螺母iv由上向下运动，锁紧块ⅰ逐渐到达锁紧位置。当锁紧块ⅰ到达锁定位置时，左右连杆ii接近水平状态。然后，旋转螺钉，使左右推杆完全水平对齐。此时锁紧块ⅰ依靠连杆ii与螺母iv之间的压力实现锁紧，滚刀由刀轴支撑ⅵ所连接，此时锁紧块ⅰ、连杆ii、螺母iv组成的机构此时形成死点。无论从滚刀传递到锁紧块的振动载荷有多大，理论上螺母iv都不会移动，有效防止了一体化滚刀系统的松动。

技术特征：
1.一种全断面岩石掘进机一体化滚刀系统的设计与评估方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1)、基于平面拓扑机构理论的机构类型，进行一体化滚刀系统的设计；一体化滚刀系统等同于多杆单自由度平面机构，根据机构学公式计算出多杆单自由度平面机构的有效运动部件数、运动副数以及闭合链的数目，作为后续二元曲柄以及加权拓扑收缩图设计的具体依据；由二元曲柄的分配原则，得到二元曲柄的分配方案，对二元曲柄进行分配，进一步得到仅一种一体化滚刀系统的加权拓扑收缩图；为满足全断面岩石掘进机滚刀的工作要求，所设计的二元曲柄的分配原则如下：滚刀(
ⅴ
)所受到的载荷主要沿着滚刀(
ⅴ
)的径向和朝着滚刀锁紧机构的方向，载荷通过滚刀轴传递到滚刀锁紧机构的机架上；滚刀锁紧机构以滚刀轴为对称轴对称分布，滚刀锁紧机构的机架位于滚刀轴中心轴线上；滚刀(
ⅴ
)的锁紧解锁仅依靠旋转螺杆(ⅲ)带动螺母(ⅳ)沿螺杆(ⅲ)上下移动，用于简化拆卸动作；步骤2)、根据加权拓扑收缩图得到一体化滚刀系统的机构原理图，在机构原理图的基础上，对滚刀的具体结构进行设计不同未分配的机架和锁紧块的运动链图方案，对其进行评估；根据设计目标以及滚刀的工作条件，选取六个指标作为全断面岩石掘进机的评价参数，包括：拆卸动作数量、抽出滚刀空间的尺寸、一体化滚刀系统的总体积、一体化滚刀系统的静力强度、一体化滚刀系统的质量、一体化滚刀系统提供的预紧力；采用一种多准则决策方法来确定各评价参数的权重：通过比较各评价参数的相对重要性得到比较矩阵，构建比较矩阵进行一致性检验，将比较矩阵最大特征值对应的特征向量作为各评价参数的权重；根据权重获得全断面硬岩掘进机一体化滚刀系统的评价指标，评价指标最高对应的运动链图方案为最优方案。2.权利要求1所述的一种全断面岩石掘进机一体化滚刀系统的设计与评估方法，其特征在于，通过机构学公式计算得到多杆单自由度平面机构的有效运动部件数、运动副数以及闭合链的数目，包括：根据机构学理论，闭合链的自由度和机构的自由度分别由如下公式确定：f
k
＝3(n
k-1)-2p
k
w
k
＝3n
k-2p
k
其中，f
k
为多杆单自由度平面机构的自由度，w
k
为闭合链的自由度，n
k
为多杆单自由度平面机构的有效运动部件数，p
k
为多杆单自由度平面机构的运动副数；当多杆单自由度平面机构含有多个关节时，多关节系数由如下公式求得：其中，v
k
为多关节系数，k
f
为多关节中重叠的关节数，p
f
为k
f
个重叠关节组成的多关节数；由如下公式得到具有i个运动副的杆件数与p
f
和v
k
的关系：式中，m
i
为具有i个运动副的杆件数，闭合链的数目根据下式获取：
l
k
＝p
k-n
k
+1其中，l
k
是多杆单自由度平面机构中闭合链的数目，m
i
和n
k
的关系从如下公式得出：n
k
根据上述各式联立解得；i
max
与l
k
、v
max
的关系如下公式所示：i
max
≤l
k
+1v
max
≤2(l
k-1)对于无关节的多杆单自由度平面机构，根据上述所有公式求解得w
k
，p
k
，l
k
，i
max
，进而得到m
i
的值。3.根据权利要求1或2所述的一种全断面岩石掘进机一体化滚刀系统的设计与评估方法，其特征在于，所述多准则决策方法采用层次分析法ahp；对于一体化滚刀系统的评估，层次分析法的评估层次包括目标层、准则层和解决方案层；所述比较矩阵的一致性通过一致性指标ci和校验率cr来验证，通过如下公式计算：所述比较矩阵的一致性通过一致性指标ci和校验率cr来验证，通过如下公式计算：其中，ci为一致性指标，λ
max
为比较矩阵的最大特征值，a为比较矩阵的阶数，cr为校验率，hi(a)为随机一致性指标；当cr＜0.1时，比较矩阵通过一致性检验，将比较矩阵的最大特征值对应的特征向量w作为各评价参数的权重；全断面硬岩掘进机ics评价指标s如下公式建立：s＝w1t+w2l+w3v+w4σ+w5m+w6p0其中，t为拆卸动作数量，l为抽出滚刀空间的尺寸，v为一体化滚刀系统的总体积，σ为一体化滚刀系统的静力强度，m为一体化滚刀系统的质量，p0为一体化滚刀系统提供的预紧力。

技术总结
本发明属于全断面岩石掘进机滚刀设计与评估领域，提供了一种全断面岩石掘进机一体化滚刀系统的设计与评估方法。首先基于拓扑理论的构型设计方法，进行新型一体化滚刀的系统化设计；之后结合工程经验和层次分析法建立了一体化滚刀系统的评价体系；确保滚刀在强振动环境下的工作要求。本发明的有益效果：通过平面机构的拓扑理论对全断面岩石掘进机一体化滚刀的构型进行系统设计，解决一体化滚刀系统设计过程过度依赖设计者工程经验的问题；基于层次分析法建立一体化滚刀系统的评价指标，系统化评价不同设计方案的优劣。化评价不同设计方案的优劣。化评价不同设计方案的优劣。


技术研发人员：霍军周 史子璐 孟智超 陈昊
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/21