砂土磨蚀性测试实验装置及砂土磨损系数的标定实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种砂土磨蚀性测试实验装置及砂土磨损系数的标定实验方法，该装置包括土体承载筒、驱动机构、磨蚀机构、加载机构、伺服控制装置，通过伺服控制装置控制驱动机构为磨蚀机构提供不同的转速，通过加载机构为磨蚀机构提供加载力，从而使土体承载筒中的砂土对磨蚀机构进行磨蚀，测定磨损量数据。本发明专利技术可研究不同含水率砂土、不同颗粒级配砂土对盾构刀具材料的磨损规律及影响效果；可测定不同转速和承载压力下的刀具磨损量，绘制出磨损特性曲线，通过调节离散元仿真软件中的磨损系数，模拟不同条件下的磨蚀性试验得到相同的特性曲线，可准确标定出实验用砂土对刀具的相应磨损系数，为后续离散元仿真模拟研究盾构刀具磨损提供必要的依据。

Experimental device for sand abrasion test and calibration method of sand wear coefficient

The invention discloses an experimental device for testing abrasiveness of sand and a method for calibrating abrasion coefficient of sand. The device comprises a soil bearing cylinder, a driving mechanism, an abrasion mechanism, a loading mechanism and a servo control device. The driving mechanism is controlled by a servo control device to provide different rotational speeds for the abrasion mechanism and a loader. The structure provides loading force for the abrasion mechanism, so that the sand in the soil bearing cylinder can abrasion the abrasion mechanism and measure the abrasion data. The invention can study the wear law and influence effect of sand with different moisture content and different particle gradation on shield cutting tool material, measure tool wear amount under different rotational speed and load pressure, draw wear characteristic curve, simulate wear property under different conditions by adjusting wear coefficient in discrete element simulation software. The same characteristic curve can be obtained, and the corresponding wear coefficient of the sand to the tool can be accurately calibrated, which provides the necessary basis for the follow-up discrete element simulation study of the tool wear of shield tunneling.

【技术实现步骤摘要】
砂土磨蚀性测试实验装置及砂土磨损系数的标定实验方法
本专利技术涉及盾构工程模拟测试实验
，具体涉及一种砂土磨蚀性测试实验装置及砂土磨损系数的标定实验方法。
技术介绍
采用盾构法对地下隧道等进行施工，可兼顾施工安全、掘进速度、复杂地层适应性和地表沉降控制等要求，已成为修建我国城市地铁隧道的主要工法。但是，盾构法施工避免不了土体对施工刀具的磨损，刀具磨损降低了施工效率，影响施工质量，增加了施工成本。在盾构刀具磨损研究过程中，如何量测及评价刀具在相应土层下施工的磨损及规律成为当前亟待解决的一个问题。室内实验及数值仿真模拟是科研人员进行此项研究的重要方法之一，因此完善相应实验配套设施、数值仿真环境对盾构刀具磨损研究有着重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可研究不同含水率砂土、不同颗粒级配砂土对盾构刀具材料的磨损规律及影响效果，能够准确标定出实验用砂土对刀具的相应磨损系数的砂土磨蚀性测试实验装置及砂土磨损系数的标定实验方法，以解决上述
技术介绍
中的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：一方面，本专利技术提供的一种砂土磨蚀性测试实验装置，该装置包括土体承载筒、驱动机构、磨蚀机构、加载机构、伺服控制装置，所述土体承载筒用于盛装砂土，所述驱动机构设于所述土体承载筒的上方，用于驱动所述磨蚀机构与所述土体承载筒内的砂土发生相对旋转；所述加载机构用于为所述磨蚀机构提供磨蚀加载力，以使所述磨蚀机构与砂土发生相对旋转时使砂土对所述磨蚀机构进行磨蚀；所述伺服控制装置电连接所述驱动机构，用于控制所述驱动机构为所述磨蚀机构提供不同的转速。进一步的，所述土体承载筒包括底座、筒体和顶盖，所述筒体固定于所述底座的上方，所述顶盖可拆卸连接于所述筒体的上端；所述筒体的开口处设有折边，所述折边及所述顶盖上设有相对的通孔，所述顶盖通过设于所述通孔内的螺栓可拆卸连接在所述筒体上。进一步的，所述驱动机构包括伺服电机、旋转轴，所述伺服电机设于所述顶盖的上方，所述伺服电机与所述旋转轴传动连接，所述旋转轴穿过所述顶盖的中心处伸入所述筒体内。进一步的，所述磨蚀机构包括旋转盘，所述旋转轴穿过所述旋转盘的中部与所述旋转盘滑键连接；所述底座的中部固定有旋转轴承，所述旋转轴的底端与所述旋转轴承的内圈连接，所述旋转盘的下表面均匀可拆卸连接有若干磨蚀部件。进一步的，所述磨蚀性部件为锥型钉。进一步的，所述锥型钉的高度为20mm，所述锥型钉的顶角的角度为30°。进一步的，所述旋转盘上均匀设有若干通孔，所述锥型钉的底面中部设有螺纹盲孔，通过穿过所述旋转盘上的通孔的螺栓与所述螺纹盲孔的配合使所述锥型钉可拆卸连接在所述旋转盘的下表面。进一步的，所述加载机构包括多个具有确定重量的砝码盘，所述砝码盘位于所述旋转盘的上，所述旋转轴穿过所述砝码盘的中部与所述砝码盘滑键连接。进一步的，所述旋转轴上轴向固定有滑键，所述旋转盘的中部、所述砝码盘的中部均设有供所述旋转轴穿过的通孔，所述通孔上设有与所述滑键相配合的键槽。另一方面，本专利技术还提供一种利用上述砂土磨蚀性测试实验装置进行砂土磨损系数的标定实验方法，该方法包括如下步骤：利用砂土磨蚀性测试实验装置进行砂土磨蚀性测试实验；其中，通过伺服控制装置控制伺服电机改变旋转盘的转速，通过更换具有不同重量的砝码盘来调整所述旋转盘的法向加载力，实验得出锥型钉在一定时间内的多组磨损量数据，绘制锥型钉的磨损量随旋转盘转速、旋转盘所受法向加载力变化的特性曲线；利用离散元仿真软件模拟所述砂土磨蚀性测试实验；其中，通过调节离散元仿真软件中的磨损系数，使仿真模拟得出的特性曲线与通过所述砂土磨蚀性测试实验得出的所述特性曲线相一致，此时，离散元仿真软件中的磨损系数即可作为所述砂土磨蚀性测试实验中的磨损系数。本专利技术有益效果：可研究不同含水率砂土、不同颗粒级配砂土对盾构刀具材料的磨损规律及影响效果；可测定实验用砂在不同刀具转速和承载压力下的磨损量(长度或质量)，通过调节离散元数值仿真软件中的磨损系数，使在不同条件下的室内磨损结果与仿真模拟的磨损结果相一致，可准确标定出相应的磨损系数，为后续离散元数值仿真模拟研究盾构刀具磨损奠定必要基础。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所述的砂土磨蚀性测试实验装置的结构图。图2为本专利技术实施例所述的砂土磨蚀性测试实验装置的旋转盘结构图。图3为本专利技术实施例所述的砂土磨蚀性测试实验装置的旋转盘的俯视图。图4为本专利技术实施例所述的砂土磨蚀性测试实验装置的砝码盘的俯视图。图5为本专利技术实施例所述的砂土磨蚀性测试实验装置的锥型钉的结构图。其中：1-伺服控制装置；2-砂土；3-底座；4-筒体；5-顶盖；6-折边；7-伺服电机；8-旋转轴；9-旋转盘；10-锥型钉；11-螺纹盲孔；12-砝码盘；13-键槽；14-螺栓。具体实施方式下面详细叙述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。应该理解，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接，使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。需要说明的是，在本专利技术所述的实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通，或两个元件的相互作用关系，除非具有明确的限定。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术实施例中的具体含义。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。为便于理解本专利技术，下面结合附图以具体实施例对本专利技术作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本专利技术所必须的。实施例一如图1所示，本专利技术实施例一提供了一种砂土磨蚀性测试实验装置，该装置包括土体承载筒、驱动机构、磨蚀机构、加载机构、伺服控制装置1，所述土体承载筒用于盛装砂土2，所述驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种砂土磨蚀性测试实验装置，其特征在于：包括土体承载筒、驱动机构、磨蚀机构、加载机构、伺服控制装置(1)，所述土体承载筒用于盛装砂土(2)，所述驱动机构设于所述土体承载筒的上方，用于驱动所述磨蚀机构与所述土体承载筒内的砂土发生相对旋转；所述加载机构用于为所述磨蚀机构提供磨蚀加载力，以使所述磨蚀机构与砂土发生相对旋转时使砂土对所述磨蚀机构进行磨蚀；所述伺服控制装置电连接所述驱动机构，用于控制所述驱动机构为所述磨蚀机构提供不同的转速。

【技术特征摘要】
1.一种砂土磨蚀性测试实验装置，其特征在于：包括土体承载筒、驱动机构、磨蚀机构、加载机构、伺服控制装置(1)，所述土体承载筒用于盛装砂土(2)，所述驱动机构设于所述土体承载筒的上方，用于驱动所述磨蚀机构与所述土体承载筒内的砂土发生相对旋转；所述加载机构用于为所述磨蚀机构提供磨蚀加载力，以使所述磨蚀机构与砂土发生相对旋转时使砂土对所述磨蚀机构进行磨蚀；所述伺服控制装置电连接所述驱动机构，用于控制所述驱动机构为所述磨蚀机构提供不同的转速。2.根据权利要求1所述的砂土磨蚀性测试实验装置，其特征在于：所述土体承载筒包括底座(3)、筒体(4)和顶盖(5)，所述筒体(4)固定于所述底座(3)的上方；所述筒体(4)的开口处设有折边(6)，所述折边(6)及所述顶盖(5)上设有相对的通孔，所述顶盖(5)通过设于所述通孔内的螺栓(14)可拆卸连接在所述筒体(4)上。3.根据权利要求2所述的砂土磨蚀性测试实验装置，其特征在于：所述驱动机构包括伺服电机(7)、旋转轴(8)，所述伺服电机(7)设于所述顶盖(5)的上方，所述伺服电机(7)与所述旋转轴(8)传动连接，所述旋转轴(8)穿过所述顶盖(5)的中心处伸入所述筒体(4)内。4.根据权利要求3所述的砂土磨蚀性测试实验装置，其特征在于：所述磨蚀机构包括旋转盘(9)，所述旋转轴(8)穿过所述旋转盘(9)的中部与所述旋转盘(9)滑键连接；所述底座(3)的中部固定有旋转轴承，所述旋转轴(8)的底端与所述旋转轴承的内圈连接，所述旋转盘(9)的下表面均匀可拆卸连接有若干磨蚀部件。5.根据权利要求4所述的砂土磨蚀性测试实验装置，其特征在于：所述磨蚀部件为锥型钉(10)。6.根据权利要求5所述的砂土磨蚀性测...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴高，牟举文，袁大军，许宇，杨益，苏伟林，曹影峰，李瀚源，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11