一种盾构刀具的摩擦磨损试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种盾构刀具的摩擦磨损试验装置，包括机架和横向机构，横向机构包括安装于机架上的底板，底板上设置有横线丝杆，横线丝杆一端连接有伺服电机，横线丝杆上活动设置有物料盘；物料盘上方设置有刀盘，刀盘通过变频电机安装于机架上；底板下方设置带力传感器的压力机构，底板侧面安装力传感器；压力机构能够对底板提供向上的压力。本发明专利技术还公开一种盾构刀具的摩擦磨损试验方法，包括：初始化力传感器；组装试验装置；启动变频电机使刀盘旋转，开始试验；计算刀盘旋转总阻力距；模拟横向进给刀盘受力大小；计算刀盘受摩擦力的大小。本发明专利技术提供的盾构刀具的摩擦磨损试验装置及试验方法，结构简单、安装方便，压力跳动小、试验结果准确。

A friction and wear test device for shield cutter and its test method

The invention discloses a test device for friction and wear of shield cutting tools, which comprises a frame and a transverse mechanism. The transverse mechanism comprises a bottom plate mounted on the frame, a transverse screw rod is arranged on the bottom plate, one end of the transverse screw rod is connected with a servo motor, and a material plate is movably arranged on the transverse screw rod. A pressure mechanism with a force sensor is arranged under the bottom plate and a force sensor is installed on the side of the bottom plate. The pressure mechanism can provide upward pressure on the bottom plate. The invention also discloses a test method for friction and wear of shield cutting tools, which includes: initializing force sensor; assembling test device; starting frequency conversion motor to rotate the cutter head and start the test; calculating the total resistance distance of the cutter head rotation; simulating the force magnitude of the transverse feed cutter head; calculating the friction magnitude of the cutter head. The friction and wear test device and method of the shield cutter provided by the invention have the advantages of simple structure, convenient installation, small pressure jump and accurate test results.

【技术实现步骤摘要】
一种盾构刀具的摩擦磨损试验装置及试验方法
本专利技术涉及盾构刀具摩擦磨损测试
，特别是涉及一种盾构刀具的摩擦磨损试验装置及试验方法。
技术介绍
盾构施工广泛应用于城市地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程，它具有对周围环境影响小、自动化程度高、效率高和安全环保等优点。根据地质条件不同，采用不同类型的盾构机进行隧道挖掘，在纯硬岩地层中主要采用全断面硬岩掘进机，在软岩、土质地层和岩石与土的混合地层中主要采用土压平衡盾构、泥水盾构和混合式盾构。刀具是盾构机的“牙齿”，通过刀具不断地对开挖面岩石或土体进行挤压、碾磨、切削，从而使得盾构机不断前进进行隧道挖掘。盾构刀具主要包括用于破岩的滚刀和用于切削土体的切刀、刮刀、周边刮刀、中心刀和先行刀等两大类刀具。在全断面硬岩掘进机的刀盘上主要布置用于破岩的滚刀，滚刀在掘进过程中与开挖面岩层产生“硬对硬”的滚－滑磨损。在土压平衡盾构、泥水盾构和混合式盾构的刀盘上主要布置软土切削刀具，同时布置一定数量用于破岩和破碎大块漂石的滚刀，刀具在软岩、土层和混合地层中的磨损与硬岩掘进过程中刀具的磨损有极大的差别，在土压平衡和泥水平衡盾构施工中刀具浸泡在各种各样的泥浆中，刀具与开挖面作用时，两者之间填充了各种各样的土、砂、岩石碎块等颗粒。国内外报道了不少用于研究滚刀在硬岩掘进过程中的磨损和破岩机理的装置和方法，例如：《岩石切割刀具切削试验装置》(中国专利200920245585.8)、《岩石切割刀具切削试验方法》(中国专利200910219276.8)、《双滚刀实验台刀具系统》(中国专利201010133136.1)、《刀具破岩机理与耐磨试验机》(中国专利200810011968.9)和《DisccuttingtestsinColoradoRedGranite:ImplicationsforTBMperformanceprediction》(InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciences，2007年44卷第2期)等专利和文献。然而上述现有试验装置具有诸多不足，如试验装置压力跳动大、不能真实反映盾构实际工况。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种盾构刀具的摩擦磨损试验装置及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，该装置整体结构简单、安装方便，压力跳动小、试验结果准确。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种盾构刀具的摩擦磨损试验装置，包括机架和横向机构，所述横向机构包括安装于所述机架上的底板，所述底板上设置有横线丝杆，所述横线丝杆一端连接有伺服电机，所述横线丝杆上活动设置有物料盘；所述物料盘上方设置有刀盘，所述刀盘通过变频电机安装于所述机架上；所述底板下方设置有包括力传感器的压力机构，所述底板侧面沿横线丝杆方向安装有两个力传感器来连接旋转盘和底板；所述压力机构能够对所述底板提供向上的压力。可选的，所述压力机构包括设置于所述底板上方的移动台，所述移动台顶部活动设置有旋转盘，所述旋转盘与所述底板连接，所述移动台底部通过导柱连接有导向受力台，所述导向受力台和所述移动台穿设于支撑柱上，所述支撑柱顶部与所述旋转盘连接；所述支撑柱两端对称设置有两个螺杆套，所述螺杆套一端与所述机架连接，另一端通过U形锁铰接于所述支撑柱底部；位于所述U形锁与所述导向受力台之间的所述支撑柱上套设有重载弹簧。可选的，所述变频电机安装于所述机架上，所述变频电机的转轴通过联轴器连接有刀盘杆，安装刀盘杆的轴承座嵌入机架，所述刀盘杆下方安装有所述刀盘。可选的，所述底板上设置有矩形架，所述横线丝杆穿设于所述矩形架上，所述伺服电机安装于所述矩形架外侧。可选的，所述横线丝杆上套设有滑块，所述物料盘固定安装于所述滑块上；所述底板上开设有导轨，所述滑块底部位于所述导轨上。可选的，所述刀盘杆与所述刀盘通过莫式锥柄连接。本专利技术还提供一种盾构刀具的摩擦磨损试验方法，主要包括如下步骤：步骤一；采用固定大小的力测定力传感器工作是否正常，初始化力传感器；步骤二；将刀盘安装在刀盘杆上，试件安装在物料盘上，旋转螺杆套，调节重载弹簧压力，进而使试件和刀盘接触，通过力传感器，使接触的总压力达到预定值；步骤三；启动变频电机使刀盘旋转，采集连接旋转盘和底板的力传感器的拉力、压力，比较所采集的力的偏差值，当采集的拉力、压力偏离≤2％时，正常采集；偏离大于2％时，检查维护系统；根据测量的力和测力点距刀盘旋转中心的距离计算刀盘旋转总阻力距；步骤四；启动伺服电机，模拟横向进给刀盘受力大小；步骤五；根据总压力和总阻力计算刀盘受摩擦力的大小。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术提供的盾构刀具的摩擦磨损试验装置及试验方法具有如下优点：1)切向进给方式：当试件的横向移动时，试件的运动速度与刀盘滚动接触点的速度合成，合成速度与刀盘的滚动速度成一定夹角，实现刀盘的斜向运动，即刀盘在滚压岩石试件时受到变化的轴向力，模拟成一定角度安装的刀盘的运动。2)摩擦力检测方式：在可旋转的平板上安装一个力传感器、一个压力传感器，因为两个传感器距旋转中心距离相同，因此两个力理论上相同，可以作为受力校验，避免因传感器失效而引起的数据不准确；减小了单个传感器的受力，实际上提高了检测精度。3)稳定载荷及导向方式：采用重载弹簧加载，导柱定向，有效确定载荷方向，也避免了因为现有方案采用悬挂重物，因摩擦力变化引起的振动，导致瞬时载荷失真引起的摩擦力的变化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术盾构刀具的摩擦磨损试验装置整体结构三维示意图；图2为本专利技术盾构刀具的摩擦磨损试验装置刀盘连接结构示意图；图3为本专利技术盾构刀具的摩擦磨损试验装置压力机构示意图；图4为本专利技术盾构刀具的摩擦磨损试验装置整体结构主剖面示意图；其中，1为机架、2为底板、3为横线丝杆、4为伺服电机、5为物料盘、6为刀盘、7为变频电机、8为移动台、9为旋转盘、10为导柱、11为导向受力台、12为支撑柱、13为螺杆套、14为U形锁、15为重载弹簧、16为联轴器、17为刀盘杆、18为矩形架、19为力传感器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种盾构刀具的摩擦磨损试验装置及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，该装置整体结构简单、安装方便，压力跳动小、试验结果准确。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术提供一种盾构刀具的摩擦磨损试验装置，如图1-图4所示，包括机架1和横向机构，横向机构包括安装于机架1上的底板2，底板2上设置有横线丝杆3，横线丝杆3一端连接有伺服电机4，横线丝杆3上活动设置有物料盘5；物料盘5上方设置有刀盘6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构刀具的摩擦磨损试验装置，其特征在于：包括机架和横向机构，所述横向机构包括安装于所述机架上的底板，所述底板上设置有横线丝杆，所述横线丝杆一端连接有伺服电机，所述横线丝杆上活动设置有物料盘；所述物料盘上方设置有刀盘，所述刀盘通过变频电机安装于所述机架上；所述底板下方设置有包括力传感器的压力机构，所述底板侧面沿横线丝杆方向安装有两个力传感器来连接旋转盘和底板；所述压力机构能够对所述底板提供向上的压力。

【技术特征摘要】
1.一种盾构刀具的摩擦磨损试验装置，其特征在于：包括机架和横向机构，所述横向机构包括安装于所述机架上的底板，所述底板上设置有横线丝杆，所述横线丝杆一端连接有伺服电机，所述横线丝杆上活动设置有物料盘；所述物料盘上方设置有刀盘，所述刀盘通过变频电机安装于所述机架上；所述底板下方设置有包括力传感器的压力机构，所述底板侧面沿横线丝杆方向安装有两个力传感器来连接旋转盘和底板；所述压力机构能够对所述底板提供向上的压力。2.根据权利要求1所述的盾构刀具的摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述压力机构包括设置于所述底板上方的移动台，所述移动台顶部活动设置有旋转盘，所述旋转盘与所述底板连接，所述移动台底部通过导柱连接有导向受力台，所述导向受力台和所述移动台穿设于支撑柱上，所述支撑柱顶部与所述旋转盘连接；所述支撑柱两端对称设置有两个螺杆套，所述螺杆套一端与所述机架连接，另一端通过U形锁铰接于所述支撑柱底部；位于所述U形锁与所述导向受力台之间的所述支撑柱上套设有重载弹簧。3.根据权利要求1所述的盾构刀具的摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述变频电机安装于所述机架上，所述变频电机的转轴通过联轴器连接有刀盘杆，安装刀盘杆的轴承座嵌入机架，所述刀盘杆下方安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宗铭，唐勇，庞佑霞，梁亮，许焰，刘辉，张昊，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43