一种梁式结构的TBM实验台用滚刀三向力测量刀架制造技术

本发明专利技术公开了一种梁式结构的TBM实验台用滚刀三向力测量刀架。其特征在于：安装架通过对称布置4根矩形柱梁与刀架构成一体。盘形滚刀与楔形块配合固定在刀架上，每根柱梁包含有第二侧面以及相对的第一侧面和第三侧面。应变计组A包含4个应变电阻计，分别粘贴在四根柱梁的第一侧面，形成一个电桥。当滚刀受力变形时，挤压柱梁上的应变电阻，影响电阻桥路的电压输出，反映出盘形滚刀滚动方向力的大小。应变计组B粘贴在四根柱梁的第二侧面，可测得盘形滚刀侧向力的大小。应变计组C粘贴在四根柱梁的第三侧面，可测得盘形滚刀垂直方向力的大小。本发明专利技术可以测量盘形滚刀在滚动破岩作用下的三向力大小，该测量刀架受滚动力和测向力的弯矩短，准确性高。

A TBM experimental platform with beam structure, with three axis force measuring tool holder of hob

The invention discloses a TBM experimental table of a beam type structure, and a three force measuring tool holder of a hob. The utility model is characterized in that the mounting frame is symmetrically arranged with 4 rectangular column beams and is integrally formed with the tool post. The disc shaped hob is matched with the wedge block to be fixed on the tool post, each column beam comprises second sides, and the opposite first side and the third side. The strain gauge group A contains 4 strain resistance gauges and is bonded to the first side of the four column beam to form an electric bridge. When hob deformation, compressive strain resistance column on the influence of voltage output resistance bridge, reflect at the rolling direction of cutter force. The strain gauge group B is attached to the second sides of the four column beams, and the lateral force of the disc hob can be measured. The strain gauge group C is attached to the third sides of the four column beams, and the vertical force of the disc hob can be measured. The invention can measure the three direction force of a disk shaped hob under the action of rolling and breaking rock, and the measuring tool has short bending moment of rolling power and direction finding force, and the accuracy is high.

【技术实现步骤摘要】
一种梁式结构的TBM实验台用滚刀三向力测量刀架
本专利技术涉及一种用于隧道工程、地下工程领域的滚刀三向测力装置，具体设计一种梁式结构的TBM实验台用滚刀三向力测量刀架。
技术介绍
三向力传感器能够测量三维空间中三个力的分量，在机器人、自动控制等诸多领域都有广泛的用途。TBM作为隧道、地铁建设中的大型掘进设备，其上的滚刀受力状况直接影响刀具的工作效率和寿命。测量滚刀工作时的三向受力状况，对提高效率，延长滚刀的使用寿命有重要的意义。目前的三向测力装置主要分为柱式、梁式和环状结构等。南京工业大学专利技术专利CN201772958U，名称为：三向力传感器。上下连接板的中间安装有包括外壳的传感器芯体，芯体中的上下端各贴有呈90°角均匀分布的四个应变片，其上下端所贴的各应变片竖向对应中部所贴的各应变片并与之呈45°夹角。X、Y、Z三个方向分别通过信号引出接口与采集仪器相接，实现三向力测量；中国飞机强度研究所专利技术专利CN103308233A，名称为：一种三向测力平台装置。此装置在安装台面与安装底板之间固定2N个等距三向力传感器，以测量试验件与地面撞击时三个方向载荷。东南大学专利技术专利CN102338675A，名称为：一种三维力传感器。此装置为n型梁式结构，两根矩形竖梁柱都开通有相互正交的两组圆柱通孔每组通孔之间开有通槽，在横梁上和通孔与矩形柱相交的地方都贴有应变片，由此形成了两个二维力传感器与一根横梁结构的三向力测量装置；北京卫星环境工程研究所专利技术专利CN103822769A，名称为：三向测力环装置。在圆环形状的上工装与空心正圆台形状的下工装的上底面之间安装N个均匀分布的压电式三向力传感器，用于确保三向测力的需求。目前，国内外的许多学者和大学对TBM滚刀三向力测量装置做了大量研究。文献[TunnellingandUndergroundSpaceTechnology:CutterforcemeasurementontunnelboringmachinesSystemdesign]提到的维也纳科技大学工程设计与物流工程研究院设计了隧道掘进机测力系统。刀架、刀圈、轮毂和轴承形成的整体由锥形沉孔螺栓固定在柱形马鞍系统内，通过螺栓上的三向力传感器间接测得滚刀受力。天津大学机械工程学院力学系发表期刊1001-4888(2015)03-0373-08：一种测量TBM滚刀受力的实验方法研究。刀架的中心轴固定在锁紧楔块与垫块之间，垫块上粘贴有电阻应变计。当滚刀收到外力挤压时，中心轴会挤压垫块上的应变计，从而间接的测出滚刀所受力的大小。以上的两种方法都是通过测量轴承上的力从而间接测得滚刀受力，但是螺栓预紧过程的本身就会对轴承产生一个力，在滚刀行进过程中，螺栓会产生一定的震动，对轴承受力也有很大的影响。中南大学设计试验装置，专利技术专利CN101446537A，名称为：一种可调式多滚刀切削破岩试验装置。X、Y、Z三向相互正交的液压缸驱动土仓运动，固定在横梁上的垂直液压缸下面连接滚刀安装架，安装架下面安装三向力传感器，盘形滚刀连接在三向力传感器的下方的滚刀座上。通过三向力传感器分析滚刀实际受力情况。这种安装方式使传感器位于滚刀座上方的安装架上，与滚刀间距过大，增长的弯矩直接导致了测量误差被放大，使其不能准确反应滚刀受力情况。综上所述，能准确测量TBM滚刀破岩时产生的三向力，减少各种干扰对测量的影响是亟待解决的问题。本专利技术的提出可对上述难题得到满意的解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种梁式结构的TBM实验台用滚刀三向力测量刀架。本专利技术一种梁式结构的TBM实验台用滚刀三向力测量刀架，由柱梁1、柱梁2、柱梁3、柱梁4、刀架、盘形滚刀、楔形块、安装架、安装孔、沉孔螺栓、应变计组A、应变计组B、应变计组C组成。所述安装架(8)通过对称布置的四根柱梁(1、2、3、4)与刀架(5)构成一体。盘形滚刀(6)与楔形块(7)配合，由沉孔螺栓(10)固定在刀架(5)上。应变计组A(11)，应变计组B(12)、应变计组C(13)粘贴在所述四根柱梁(1、2、3、4)上，形成滚刀破岩过程中测量垂直力、滚动力和侧向力三个方向力的刀架。所述应变计组A(11)、应变计组B(12)、应变计组C(13)分别直接粘贴在所述四根柱梁的第一侧面(1001、2001、3001、4001)、第二侧面(1002、2002、3002、4002)和第三侧面(1003、2003、3003、4003)上，在盘形滚刀滚动破岩时，所述测量刀架受滚动力和侧向力的弯矩短，测量准确性高。所述应变计组A(11)是由4个应变电阻(101、201、301、401)组成，分别粘贴在所述四根柱梁(1、2、3、4)的第一侧面(1001、2001、3001、4001)上。当滚刀受到滚动力发生变形时，应变计的阻值会发生变化，使得滚动方向电阻桥路的电压输出U1发生变化，从而反映滚刀所受滚动力的大小。所述应变计组B(12)是由4个应变电阻(102、202、302、402)组成，分别粘贴在所述四根柱梁(1、2、3、4)的第二侧面(1002、2002、3002、4002)上。当滚刀受到侧向力发生变形时，应变计的阻值会发生变化，使得侧向电阻桥路的电压输出U2发生变化，从而反映滚刀所受侧向力的大小。所述应变计组C(13)是由4个应变电阻(103、203、303、403)组成，分别粘贴在所述四根柱梁(1、2、3、4)的第三侧面(1003、2003、3003、4003)上。当滚刀受到垂直压力发生变形时，应变计的阻值会发生变化，使得垂直方向电阻桥路的电压输出U3发生变化，从而反映滚刀所受垂直方向压力的大小。本专利技术的特点及有益效果是：1.使用由应变计组成的三向测力装置对滚刀受力进行检测，与目前现有的大部分单向滚刀受力检测装置相比，三维力传感器有更高的测量精度。2.将应变计直接粘贴在滚刀装配体的柱梁上，不用在滚刀装配体外设计三向力传感器安装架，明显缩短弯矩，将误差降到最低。3.本装置结构简单，制造方便。在横梁的下部分别设计对称的四根柱梁，将应变计直接粘贴在柱梁上即可。设计柱梁和横梁的工艺简单，因此此装置适合大范围推广。附图说明图1是本专利技术的立体结构示意图A。图2是本专利技术的立体结构示意图B。图3是四根柱梁上的应变贴片图。图4是所述应变计组A(11)的组桥方式图。图5是所述应变计组B(12)的组桥方式图。图6是所述应变计组C(13)的组桥方式图。具体实施方式以下结合附图并通过具体实施例对本专利技术的结构做进一步说明。需说明的是本实例是叙述性的，而不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。一种梁式结构的TBM实验台用滚刀三向力测量刀架，由柱梁1、柱梁2、柱梁3、柱梁4、刀架5、盘形滚刀6、楔形块7、安装架8、安装孔9、沉孔螺栓10(如图1、图2)、应变计组A11(如图3、图4)，应变计组B12(如图3、图5)、应变计组C13(如图3、图6)组成。安装架(8)通过对称布置的四根柱梁(1、2、3、4)与刀架(5)构成一体。盘形滚刀(6)与楔形块(7)配合，由沉孔螺栓(10)固定在刀架(5)上。应变计组A(11)，应变计组B(12)、应变计组C(13)粘贴在所述四根柱梁(1、2、3、4)上，形成滚刀破岩过程中测量垂直力、滚动力和侧向力三个方向力的刀架。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梁式结构的TBM实验台用滚刀三向力测量刀架。包括柱梁1、柱梁2、柱梁3、柱梁4、刀架、盘形滚刀、楔形块、安装架、安装孔、沉孔螺栓、应变计组A、应变计组B、应变计组C。其特征在于：所述安装架(8)通过对称布置的四根柱梁(1、2、3、4)与刀架(5)构成一体。盘形滚刀(6)与楔形块(7)配合，由沉孔螺栓(10)固定在刀架(5)上。应变计组A(11)，应变计组B(12)、应变计组C(13)粘贴在所述四根柱梁(1、2、3、4)上，形成滚刀破岩过程中测量垂直力、滚动力和侧向力三个方向力的刀架。

【技术特征摘要】
1.一种梁式结构的TBM实验台用滚刀三向力测量刀架。包括柱梁1、柱梁2、柱梁3、柱梁4、刀架、盘形滚刀、楔形块、安装架、安装孔、沉孔螺栓、应变计组A、应变计组B、应变计组C。其特征在于：所述安装架(8)通过对称布置的四根柱梁(1、2、3、4)与刀架(5)构成一体。盘形滚刀(6)与楔形块(7)配合，由沉孔螺栓(10)固定在刀架(5)上。应变计组A(11)，应变计组B(12)、应变计组C(13)粘贴在所述四根柱梁(1、2、3、4)上，形成滚刀破岩过程中测量垂直力、滚动力和侧向力三个方向力的刀架。2.按照权利要求1所述的一种梁式结构的TBM实验台用滚刀三向力测量刀架，其特征在于：所述应变计组A(11)、应变计组B(12)、应变计组C(13)分别直接粘贴在所述四根柱梁的第一侧面(1001、2001、3001、4001)、第二侧面(1002、2002、3002、4002)和第三侧面(1003、2003、3003、4003)上，在盘形滚刀滚动破岩时，所述测量刀架受滚动力和侧向力的弯矩短，测量准确性高。3.按照权利要求1所述的一种梁式结构的TBM实验台用滚刀三向力测量刀架，其特征在于：所述应变计组A(11)是由4个应变电阻(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏毅敏，兰浩，邵耿荣，郭犇，陈雷，谭青，吴才章，傅杰，
申请(专利权)人：中南大学，山东瑞钻工程装备有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43