一种用于隧道工程领域的硬岩滚刀破岩特性测试装置，本发明专利技术的石仓支撑座放置在导轨副上，由纵移液压缸实现纵向运动；石仓放置在石仓支撑座上，由固定在石仓支撑座上的横移液压缸实现横向运动；石仓内放有岩石试样。石仓两侧垂直布置两个立柱，顶端由一根横梁连接，形成一个龙门架结构。横梁上固定一个垂直液压缸，垂直液压缸下面连接活动横梁。在活动横梁下，安装滚刀以模拟滚刀破岩过程，或安装相似滚刀磨损模块以模拟相似滚刀磨损过程。采用工控机、数据采集卡、三向力传感器、声发射装置、高速数字摄像系统对滚刀破岩过程和磨损过程进行监测。本发明专利技术装置能模拟滚刀滚压破岩、滚刀滚压冲击复合破岩和相似滚刀磨损过程。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种用于隧道工程领域的硬岩滚刀破岩特性测试装置，本专利技术的石仓支撑座放置在导轨副上，由纵移液压缸实现纵向运动；石仓放置在石仓支撑座上，由固定在石仓支撑座上的横移液压缸实现横向运动；石仓内放有岩石试样。石仓两侧垂直布置两个立柱，顶端由一根横梁连接，形成一个龙门架结构。横梁上固定一个垂直液压缸，垂直液压缸下面连接活动横梁。在活动横梁下，安装滚刀以模拟滚刀破岩过程，或安装相似滚刀磨损模块以模拟相似滚刀磨损过程。采用工控机、数据采集卡、三向力传感器、声发射装置、高速数字摄像系统对滚刀破岩过程和磨损过程进行监测。本专利技术装置能模拟滚刀滚压破岩、滚刀滚压冲击复合破岩和相似滚刀磨损过程。【专利说明】一种硬岩滚刀破岩特性测试装置
本专利技术涉及一种用于隧道工程领域的TBM(硬岩掘进机)掘进刀具模拟切削岩石的测试装置，尤其是涉及一种硬岩滚刀破岩特性测试装置。
技术介绍
近年来随着我国地下空间工程建设的迫切需要和科学技术水平的提高，TBM在铁路隧道、市政管线、引水灌溉、西气东输等隧道工程的施工中得到广泛使用。盘形滚刀是TBM上破碎岩石的主要刀具，其破岩效率和磨损情况直接影响了地下工程施工的进度和成本。因此很有必要对TBM刀具破岩特性开展实验研究。通过对国内外相关文献及资料的检索发现，目前国内外多所高校和研究机构都对TBM刀盘刀具的破岩特性开展了实验研究。国内东北工学院、中南大学、沈阳重型机械集团有限公司、上海隧道工程股份有限公司和中铁隧道装备制造有限公司等机构都对滚刀破岩特性进行了实验研究。东北工学院研制了自己的岩石破碎试验台，他们的试验台可以对单把滚刀切削破碎岩石时的性能进行研究，但未见到相关专利的发表；中南大学专利技术专利ZL200810143551.8，名称为:一种位置可调的多滚刀回转切削试验台，该试验台可以模拟多把滚刀同时回转切削岩石；中南大学专利技术专利ZL200810143552.2，名称为:一种可调式多滚刀切削破岩试验装置，该试验装置可以模拟多把实际滚刀线性切割岩石，并且刀间距可调；文献提到了一种动静组合岩石破碎试验装置，该试验装置既可用于单一静压切削、冲击破碎(依靠电机和重物调节)、静力压入岩石试验，又可用于动、静态组合载荷作用下的破岩试验；沈阳重型机械集团有限公司专利技术专利CN102445336A，名称为 :岩石掘进机多刀多角度破岩装置，该试验台可以模拟多把刀具多种角度破碎岩石；上海隧道工程股份有限公司专利技术专利ZL200410089260.7，名称为:大型盾构掘进模拟试验平台，该试验台是一个大型盾构掘进模拟试验台，用于模拟盾构掘进全过程；中铁隧道装备制造有限公司专利技术专利CN102788693A，名称为:盾构及TBM滚刀试验台，该试验台可以模拟多把实际TBM滚刀回转破岩过程。国外美国科罗拉多矿业学院、韩国Korea Institute of ConstructionTechnology、土耳其Istanbul Technical University等机构也对滚刀破岩特性进行了实验石开究° 文献提到的美国科罗拉多矿业学院研制的线性切割试验台(Linear Cutting Machine),文献提到的韩国Korea Institute of Construction Technology研制的滚刀破岩试验台，文献提到的土耳其Istanbul Technical University研制的滚刀破岩试验台。以上国内外滚刀破岩试验台或者仅限于对滚刀静压切割岩石进行研究，不能对滚刀冲击破岩进行研究；或者可以同时施加冲击与滚压，但由于是依靠电机与重物施加机械式冲击，其力的数量级与可调范围较小，不能用于TBM盘形滚刀冲击滚压复合破岩实验。这些类似实验台却不能对滚刀磨损过程进行研究。因此研制了这种硬岩滚刀破岩特性测试装置。该测试装置不仅可以在滚刀上施加静压载荷，而且还可以在滚刀上施加冲击载荷；该测试装置既能对滚刀滚压破岩、滚刀滚压冲击复合破岩过程进行研究，又能对相似滚刀磨损过程进行研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硬岩滚刀破岩特性测试装置，既能够模拟滚刀滚压破岩、滚刀滚压冲击复合破岩过程，测得滚刀的受力状况，研究滚刀滚压破岩和滚压冲击复合破岩机理，以提高盘形滚刀的切削效率；又能够模拟相似滚刀磨损过程，研究滚刀在静压载荷作用下的磨损机理和特性，以提高盘形滚刀的使用寿命。本专利技术主要是通过以下方案实现的，本专利技术主要包括垂直液压缸、横梁、立柱、活动横梁、三向力传感器、滚刀安装座、滚刀、岩石试样、石仓、横移液压缸、石仓支撑座、导轨畐O、纵移液压缸、冲击杆、冲击液压缸、相似滚刀磨损模块安装座、液压马达、联轴器、连接轴、相似滚刀、相似滚刀安装座、小量程三向力传感器和测试系统。导轨副上放置石仓支撑座，石仓支撑座连接一个固定在地上的纵移液压缸，纵移液压缸实现石仓纵向方向的进给运动；石仓放置在石仓支撑座上，石仓内放有岩石试样；石仓连接两个固定在石仓支撑座上的横移液压缸，横移液压缸实现石仓水平面内横向方向的进给运动；石仓两侧垂直布置两个立柱，立柱顶端固定着一根横梁，形成一个龙门架结构；横梁上固定一个垂直液压缸，实现滚刀垂直方向的进给运动，垂直液压缸下方装有活动横梁，活动横梁内部安装有一个冲击液压缸，冲击液压缸下方安装一根冲击杆；进行滚刀滚压破岩或滚刀滚压冲击复合破岩试验时，活动横梁内部的冲击杆下端连接三向力传感器，滚刀连接在三向力传感器下方的刀座上；进行相似滚刀磨损试验时，在活动横梁底面安装相似滚刀磨损模块，相似滚刀磨损模块由相似滚刀磨损模块安装座、液压马达、联轴器、连接轴、相似滚刀、相似滚刀安装座和小量程三向力传感器组成，小量程三向力传感器固定在相似滚刀磨损模块安装座的一端，相似滚刀固定在小量程三向力传感器下方的相似滚刀安装座上，液压马达固定在相似滚刀磨损模块安装座的另一端，联轴器和连接轴用于同轴连接相似滚刀和液压马达；本专利技术装置的电气系统采用PLC控制，由液压系统提供动力，采用工控机、数据采集卡、三向力传感器、压力传感器、流量传感器、加速度传感器、编码器、动态应变仪、声发射装置、高速数字摄像系统组成的监控系统对滚刀破岩过程和磨损过程进行监测。所述的垂直液压缸可以在滚刀上施加静压载荷，实现滚刀滚压破岩。所述的垂直液压缸采用伺服控制，可以在液压缸上施加脉冲压力，压力的波形、频率和幅值参数均能调节，实现液压式滚压冲击复合破岩。所述的冲击液压缸可以在冲击杆上施加冲击力，冲击力的波形、频率和幅值参数均能调节，实现机械式滚压冲击复合破岩。所述的相似滚刀磨损模块用于模拟相似滚刀磨损过程，垂直液压缸驱动相似滚刀磨损模块上的相似滚刀压入岩石后，启动液压马达，液压马达通过联轴器和连接轴驱动相似滚刀旋转，加大相似滚刀与岩石试样的滑移速率，达到加速磨损的目的。所述的立柱与活动横梁配合，对活动横梁起导向作用，同时防止垂直液压缸受到弯矩作用。所述的三向力传感器和小量程三向力传感器均为能测量三个方向力的传感器，前者用来测量滚刀破岩时所受较大的三向力状况，后者用来测量相似滚刀磨损时所受较小的三向力状况。所述的垂直液压缸、横移液压缸和纵移液压缸都有外置式位移传感器，进出口油路上装有压力传感器和流量传感器，用来测量垂直液压缸、横移液压缸和纵移液压本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硬岩滚刀破岩特性测试装置，其特征在于：由垂直液压缸(1)、横梁(2)、立柱(3)、活动横梁(4)、三向力传感器(5)、滚刀安装座(6)、滚刀(7)、岩石试样(8)、石仓(9)、横移液压缸(10)、石仓支撑座(11)、导轨副(12)、纵移液压缸(13)、冲击杆(14)、冲击液压缸(15)、相似滚刀磨损模块安装座(16)、液压马达(17)、联轴器(18)、连接轴(19)、相似滚刀(20)、相似滚刀安装座(21)、小量程三向力传感器(22)和测试系统组成。导轨副(12)上放置石仓支撑座(11)，石仓支撑座(11)连接一个固定在地上的纵移液压缸(13)，纵移液压缸(13)实现石仓(9)纵向方向的进给运动；石仓(9)放置在石仓支撑座(11)上，石仓(9)内放有岩石试样(8)；石仓(9)连接两个固定在石仓支撑座(11)上的横移液压缸(10)，横移液压缸(10)实现石仓(9)水平面内横向方向的进给运动；石仓(9)两侧垂直布置两个立柱(3)，立柱(3)顶端固定着一根横梁(2)，形成一个龙门架结构；横梁(2)上固定一个垂直液压缸(1)，实现滚刀垂直方向的进给运动，垂直液压缸(1)下方装有活动横梁(4)，活动横梁(4)内部安装有一个冲击液压缸(15)，冲击液压缸(15)下方安装一根冲击杆(14)；进行滚刀滚压破岩或滚刀滚压冲击复合破岩试验时，活动横梁(4)内部的冲击杆(14)下端连接三向力传感器(5)，滚刀(7)连接在三向力传感器(5)下方的刀座(6)上；进行相似滚刀磨损试验时，在活动横梁(4)底面安装相似滚刀磨损模块，相似滚刀磨损模块由相似滚刀磨损模块安装座(16)、液压马达(17)、联轴器(18)、连接轴(19)、相似滚刀(20)、相似滚刀安装座(21)和小量程三向力传感器(22)组成，小量程三向力传感器(22)固定在相似滚刀磨损模块安装座(16)的一端，相似滚刀(20)固定在小量程三向力传感器(22)下方的相似滚刀安装座(21)上，液压马达(17)固定在相似滚刀磨损模块安装座(16)的另一端，联轴器(18)和连接轴(19)用于同轴连接相似滚刀(20)和液压马达(17)；本专利技术装置的电气系统采用PLC控制，由液压系统提供动力，采用工控机、数据采集卡、三向力传感器、压力传感器、流量传感器、加速度传感器、编码器、动态应变仪、声发射装置、高速数字摄像系统组成的监控系统对滚刀破岩过程和磨损过程进行监测。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：夏毅敏，欧阳涛，程永亮，罗春雷，谭青，赵海鸣，暨智勇，谢吕坚，朱震寰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。