本实用新型专利技术提供了一种模拟盾构机刀具磨损的试验装置。该装置包括钢制反力架、土箱、切削刀具装置、液压系统、动力及传力系统和传感量测系统;土箱中装有经固结处理的工程原位土,并通过一组曲面箱壁与伺服液压系统来模拟土压环境;切削刀具装置包括切削刀具、刀座及支撑刀座的液压千斤顶,通过动力及传力系统往复切削土体;量测系统包括位移传感器、温度传感器、压力盒、数据采集仪和计算机。本实用新型专利技术模拟了盾构刀具切削土体真实环境,通过直接切削工程现场土体,探究盾构刀具磨损的影响因素,可以为不同土体环境中盾构机刀具磨损量预测提供科学依据。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟盾构机刀具磨损的试验装置
本技术涉及盾构刀具试验
,尤其涉及一种模拟盾构机刀具磨损的试验装置。
技术介绍
盾构刀具的磨耗与损坏,不仅会导致隧道掘进缓慢,直接影响盾构机的开挖效果与工作效率,还会造成临近刀具的负荷增大而加速磨损,甚至导致刀盘磨损,此时若是开仓换刀还可能由于压力失衡导致开挖面失稳并危及换刀人员的人身安全,从而对盾构隧道的工程质量、经济效益与施工安全造成重大负面影响。因此,迫切需要开展盾构刀具的室内磨损试验,实现盾构刀具配置的合理优化与磨损量的精准预测。但是,目前现有技术中的对盾构施工中刀具的磨损预测方法有限,特别是室内磨损试验方法很不成熟。首先,盾构刀具只有长行程切削土体才会产生较为明显的磨损,这与实验室中有限的空间相矛盾;其次,切削后的土体性质与切削前差异很大,不适宜循环切削,因而需要保证刀具不断切削新土体;最后,目前所采用的刀具磨损室内试验装置多为模拟盾构机掘进的相似材料试验装置,而相似材料不仅难以获得完全合理的相似比,而且与实际土体在成分、级配、含水率等方面存在着很大差异。因此,开发一种有效的模拟盾构机刀具磨损的试验装置是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本技术的实施例提供了一种模拟盾构机刀具磨损的试验装置,以实现有效地模拟实验盾构机刀具的磨损情况。为了实现上述目的,本技术采取了如下技术方案。一种模拟盾构机刀具磨损的试验装置,包括:钢制反力架(1)、土箱(2)、切削刀具装置(4)、液压系统(3)、动力及传力系统(5)、滑轨(6)和传感量测系统,所述切削刀具装置(4)中包括刀具(14);所述钢制反力架(1)包括横梁、立柱和底座,所述横梁用于固定所述切削刀具装置(4)、滑轨(6)和动力与传力系统(5),所述底座用于固定所述土箱(2)和所述液压系统(3),所述液压系统(3)中包括液压千斤顶(9);所述土箱(2)内装有经固结处理的工程土体,所述工程土体的上表面与土箱(2)的开口边缘平齐,所述刀具(14)安装在刀座(12)上,所述刀座(12)安装在液压千斤顶(9)的柱塞端部;所述动力及传力系统(5)包括电动机、变速箱和齿条(10)构成的传力机构,所述动力及传力系统5通过滑轨(6)与所述切削刀具装置(4)电路连接,通过所述液压系统(3)将所述刀具(14)下降到所述工程土体的上表面,所述动力及传力系统(5)通过电信号编程实现对刀具(14)往复运动的控制,所述刀具(14)对所述工程土体进行往复式切削;所述传感量测系统测量所述刀具(14)对所述工程土体的切削过程中产生的位移、温度和/或压力数据。进一步地,在所述土箱(2)的两个相对的侧面分别设置一个曲面箱壁(7),其中一个曲面箱壁(7)为活动壁,连接有一组液压装置(3),另一个曲面箱壁(7)通过4根弹簧连接在土箱(2)的主体上。进一步地,在所述土箱(2)的另外两个相对的侧面分别设置一个钢格栅箱壁(8),所述钢格栅箱壁(8)的底部密封、上部敞开,所述钢格栅箱壁(8)与土箱(2)采用螺栓连接。进一步地,所述液压系统(3)包括两台液压千斤顶(9),油缸固定在钢制反力架(1)上,柱塞与曲面箱壁(7)的活动壁刚性连接。进一步地,所述传感量测系统包括位移传感器(11)、温度传感器(13)、压力盒(16)、数据采集仪(17)和计算机(18),所述位移传感器(11)安装在刀座(12)与液压千斤顶(9)油缸之间;所述温度传感器(13)安装在刀具(14)上部;所述压力盒(16)分5层布设在靠近固定曲面箱壁(7)的一侧,每层3枚;所述压力盒(16)、位移传感器(11)、温度传感器(13)分别通过数据线与数据采集仪连接;所述数据采集仪(17)通过数据线与计算机(18)连接。进一步地,所述刀具(14)为模拟盾构软土切刀,所述刀具(14)可更换,所述刀具14与所述刀座(12)之间通过单向铰链(15)连接。进一步地,所述液压系统(3)中的两台电液伺服千斤顶通过布置在土箱底部的压力盒(16)传感的压力数据进行反馈调节,获得所述土箱(2)内的工程土体的压力。由上述本技术的实施例提供的技术方案可以看出,综上所述,与现有技术相比,本技术所用土样为经等效固结处理的工程现场土体,可以真实全面地反映土体成分、级配、含水率及力学性质等因素对盾构刀具磨损的影响。土箱中有一组相对曲面箱壁,可以有效解决在对土体施压过程中土体被挤出土箱的现象。土箱中有一组相对箱壁为钢格栅,在切削过程中可以将切掉的土屑排出土箱,避免土屑对最终刀具磨损量的影响。刀具的横向切削速度与纵向切入速度分别根据实际盾构机刀盘转速与盾构机掘进速度设定并可调节,故可以较真实全面地反映刀盘转速、掘进速度、顶进压力等盾构机施工参数对刀具磨损的影响。本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,或通过本技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本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为本技术实施例提供的一种模拟盾构机刀具磨损的试验装置的结构示意图;图2为本技术实施例提供的一种压力盒的布设示意图。图3为本技术实施例提供的一种切削刀具装置的示意图。图4为本技术实施例提供的一种传感量测系统的电路连接示意图。图中:1、钢制反力架,2、土箱,3、液压系统,4、切削刀具装置,5、动力及传力系统,6、滑轨,7、曲面箱壁,8、钢格栅箱壁,9、液压千斤顶,10、齿条,11、位移传感器,12、刀座,13、温度传感器,14、刀具,15、单向铰链,16、压力盒,17、数据采集仪,18、计算机。具体实施方式下面详细描述本技术的实施方式,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。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本技术,而不能解释为对本技术的限制。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、组件和/或它们的组。应该理解,当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时,它可以直接连接或耦接到其他元件,或者也可以存在中间元件。此外,这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“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。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。为便于对本技术实施例的理解,下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明,且各个实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟盾构机刀具磨损的试验装置,其特征在于,包括:钢制反力架(1)、土箱(2)、切削刀具装置(4)、液压系统(3)、动力及传力系统(5)、滑轨(6)和传感量测系统,所述切削刀具装置(4)中包括刀具(14);所述钢制反力架(1)包括横梁、立柱和底座,所述横梁用于固定所述切削刀具装置(4)、滑轨(6)和动力与传力系统(5),所述底座用于固定所述土箱(2)和所述液压系统(3),所述液压系统(3)中包括液压千斤顶(9);所述土箱(2)内装有经固结处理的工程土体,所述工程土体的上表面与土箱(2)的开口边缘平齐,所述刀具(14)安装在刀座(12)上,所述刀座(12)安装在液压千斤顶(9)的柱塞端部;所述动力及传力系统(5)包括电动机、变速箱和齿条(10)构成的传力机构,所述动力及传力系统(5)通过滑轨(6)与所述切削刀具装置(4)电路连接,通过所述液压系统(3)将所述刀具(14)下降到所述工程土体的上表面,所述动力及传力系统(5)通过电信号编程实现对刀具(14)往复运动的控制,所述刀具(14)对所述工程土体进行往复式切削;所述传感量测系统测量所述刀具(14)对所述工程土体的切削过程中产生的位移、温度和/或压力数据。...
【技术特征摘要】
1.一种模拟盾构机刀具磨损的试验装置,其特征在于,包括:钢制反力架(1)、土箱(2)、切削刀具装置(4)、液压系统(3)、动力及传力系统(5)、滑轨(6)和传感量测系统,所述切削刀具装置(4)中包括刀具(14);所述钢制反力架(1)包括横梁、立柱和底座,所述横梁用于固定所述切削刀具装置(4)、滑轨(6)和动力与传力系统(5),所述底座用于固定所述土箱(2)和所述液压系统(3),所述液压系统(3)中包括液压千斤顶(9);所述土箱(2)内装有经固结处理的工程土体,所述工程土体的上表面与土箱(2)的开口边缘平齐,所述刀具(14)安装在刀座(12)上,所述刀座(12)安装在液压千斤顶(9)的柱塞端部;所述动力及传力系统(5)包括电动机、变速箱和齿条(10)构成的传力机构,所述动力及传力系统(5)通过滑轨(6)与所述切削刀具装置(4)电路连接,通过所述液压系统(3)将所述刀具(14)下降到所述工程土体的上表面,所述动力及传力系统(5)通过电信号编程实现对刀具(14)往复运动的控制,所述刀具(14)对所述工程土体进行往复式切削;所述传感量测系统测量所述刀具(14)对所述工程土体的切削过程中产生的位移、温度和/或压力数据。2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,在所述土箱(2)的两个相对的侧面分别设置一个曲面箱壁(7),其中一个曲面箱壁(7)为活动壁,连接有一组液压系统(3),另一个曲面箱壁(7)通过4...
【专利技术属性】
技术研发人员:李兴高,苏伟林,袁大军,金大龙,沈翔,吴俊,王将,毛家骅,
申请(专利权)人:北京交通大学,
类型:新型
国别省市:北京,11
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