本实用新型专利技术公开了一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置。其特征在于：采用一种刀座紧固装置，将被测刀座焊接在刀座紧固装置里一起固定在疲劳试验机内，疲劳试验机移动夹头上安装一个可调角度的楔形加载块，刀座上采用带球形受力块的刀轴来承受楔形加载块施加的可调力，可调角度楔形加载块为倾斜施力部件，利用疲劳试验机的往复交变载荷和不同角度的楔形加载块对球形受力块产生大小可调的三向加载力，模拟刀座承受交变式随机破岩载荷。滚刀刀座各部件及螺栓通过安装应力应变传感器构成测试电桥，将滚刀刀座相应方向的应力应变信号输出。通过疲劳试验机对其进行疲劳试验可得到刀座及其各部件的疲劳损伤规律。
【技术实现步骤摘要】
一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置
本技术涉及一种用于盾构机/TBM滚刀刀座各部件应力分布规律及疲劳损伤规律研究的装置，具体设计一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置。
技术介绍
盾构机/TBM是隧道专用掘进设备，广泛应用于地下交通、海底隧道、山体隧洞等重大工程之中。盾构机刀盘上安装的盘形滚刀主要通过挤压作用破碎岩石，由于地下和隧道工程施工中地质情况复杂多变，盘形滚刀破岩过程中常受到突变的载荷、冲击力作用，刀座上各结构承受剧烈的冲击与振动，易引起刀座结构开裂变形甚至压溃，螺栓松动甚至断裂，结构疲劳损坏等故障，对项目施工带来极大的不便。目前在TBM施工过程中，隧洞独头掘进距离越来越长，最长已达40km以上，极易出现刀座结构的开裂变形甚至压溃，所以有必要对刀座各个部件进行疲劳应力测试。从实际的角度出发，定量的分析刀座各部件的应力分布及疲劳损伤规律，分析其造成压溃的原因，优化结构解决此类问题的发生。本技术的提出可对上述问题得到满意的解决。
技术实现思路
为解决刀座各部件应力应变分布规律及疲劳损伤规律的真实测试问题，本技术提供一种在实验室内进行盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置。为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案是:一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置，包括基座(3)、定位销钉(4)、销轴(5)、斜块(6)、球形受力块(7)、刀轴(8)、内刀座(9)、外刀座(10)、楔形块(11)、螺栓(12)、下压块(13)、上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)、下连接板(17)，构成如图一、图二所示。本技术公开了一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置，其特征在于：刀座由内刀座(9)和外刀座(10)构成，被测刀座焊接在由上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)、下连接板(17)组成的刀座紧固装置里，可调角度的楔形加载块由基座(3)、定位销钉(4)、销轴(5)和斜块(6)构成，并位于刀座的正上方；球形受力块(7)通过刀轴(8)固定在滚刀刀座上，滚刀刀座中楔形块(11)、下压块(13)及螺栓(12)通过安装应力应变传感器构成测试电桥，可调角度的楔形加载块为倾斜施力部件，上下直线运动，利用疲劳试验机的往复交变载荷和不同角度的楔形加载块对球形受力块(7)产生大小不同的三向加载力，将滚刀刀座相应方向的应力应变信号输出，并获得应力应变与斜块施加三向力的对应关系。所述的滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置完全模拟刀座的受力环境，上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)的尺寸与盾构/TBM刀盘中刀箱的尺寸完全一致，被测内刀座(9)和外刀座(10)与上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)的焊接方式也与盾构/TBM刀盘中的焊接方式一致。所述的滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置可改变斜块(6)的角度实现力的分解，能实现不同角度不同方向力的分解，从而对球形受力块(7)施加大小不同的三向加载力，将斜块(6)旋转到指定角度，通过定位销钉(4)固定，斜块(6)与基座(3)的竖直夹角为Φ，将基座(3)旋转到指定角度，与滚动力方向的水平角度为θ，将球形受力块(7)的受力分解为垂直方向的力FZ、滚动方向的力FY＝(FZ/tanΦ)sinθ和侧向力FX＝(FZ/tanΦ)cosθ。所述滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置进行应力测试时，球形受力块(7)的高度和直径是由不同规格的盾构/TBM滚刀的大小获得的，通过计算改变其直径和高度，可模拟不同规格的滚刀受力，可调角度的楔形加载块的角度是由刀盘不同位置滚刀所受三向力大小决定，通过计算改变其角度，可模拟中心滚刀、正滚刀及边缘滚刀受力。所述滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置可进行疲劳损伤试验，通过初始加载时测得的应力应变数值确定疲劳试验机载荷的大小，一定循环加载后可测得内刀座(9)、外刀座(10)、楔形块(11)、螺栓(12)及下压块(13)的应力应变疲劳变化，通过这些数据可分析盾构滚刀刀座的疲劳损伤规律，最终能测得刀座的疲劳寿命，为盾构滚刀刀座的优化设计提供指导。附图说明图1是本技术疲劳应力和寿命测试图。图中：疲劳试验机压头(1)。疲劳试验机底座(2)。图2是本技术的立体结构示意图。图中：基座(3)。定位销钉(4)。销轴(5)。斜块(6)。球形受力块(7)。上连接板(14)。侧板一(15)。侧板二(16)。下连接板(17)。图3是本技术的局部剖视图。图中：刀轴(8)。内刀座(9)。外刀座(10)。楔形块(11)。螺栓(12)。下压块(13)。图4是本技术三向力标定时的受力分解示意图。图5是本技术可调角度的楔形加载块的立体结构示意图。图6是本技术图5所示可调角度的楔形加载块的正视半剖视图。图7是本技术图5所示可调角度的楔形加载块的侧视半剖视图。具体实施方式以下结合附图并通过具体实施例对本技术的结构做进一步说明。需说明的是本实例是叙述性的，而不是限定的，不能以此限定本技术的保护范围。一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置，其结构由被测刀座焊接在由上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)、下连接板(17)组成的刀座紧固装置里，并位于可调角度的楔形加载块的正下方；可调角度的楔形加载块由基座(3)、定位销钉(4)、销轴(5)及斜块(6)构成，球形受力块(7)通过刀轴固定在滚刀刀座上，内刀座(9)、外刀座(10)、楔形块(11)、螺栓(12)及下压块(13)通过应力应变构成测试电桥，可调角度的楔形加载块为倾斜施力部件，上下直线运动，利用疲劳试验机的往复交变载荷和不同角度的楔形加载块对球形受力块(7)产生三向加载力。将内刀座(9)、外刀座(10)、楔形块(11)、螺栓(12)及下压块(13)相应方向的应力应变信号输出。对滚刀刀座进行各部件初始应力测试：将滚刀刀座固定在上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)、下连接板(17)组成的刀座紧固装置里。使其位于可调角度的楔形加载块的正下方，通过计算选择合适高度和大小的球形受力块(7)固定在刀轴上，在内刀座(9)、外刀座(10)、楔形块(11)、螺栓(12)和下压块(13)上通过安装应力应变传感器构成测试电桥。对给传感器的输出信号清零。将刀座紧固螺栓(12)拧紧，通过传感器测定螺栓(12)预紧力，并记录内刀座(9)、外刀座(10)、楔形块(11)及下压块(13)的应力应变作为初始值。对滚刀刀座各部件进行三向力标定及加载应力测试：斜块(6)的斜面与基座(3)底面的竖直角度为Φ，与滚动力方向的水平角度为θ，按动开关使斜块(6)随基座(3)下压，对球形受力块(7)施力，可将球形受力块(7)的受力分解为垂直方向的力FZ、滚动方向的力FY＝(FZ/tanΦ)sinθ和侧向力FX＝(FZ/tanΦ)cosθ。得到内刀座(9)、外刀座(10)、楔形块(11)、螺栓(12)及下压块(13)的应力应变信号输出，并获得应力应变与施加三向力的对应关系。对滚刀刀座进行各部件疲劳应力测试：将下连接板(17)固定在疲劳试验机底座(2)上，可调角度的楔形加载块固定在疲劳试验机压头(1)上，确定好可调角度的楔形加载块的斜块(6)竖直角度Φ与水平本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置，包括基座(3)、定位销钉(4)、销轴(5)、斜块(6)、球形受力块(7)、刀轴(8)、内刀座(9)、外刀座(10)、楔形块(11)、螺栓(12)、下压块(13)、上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)、下连接板(17)，其特征在于：刀座由内刀座(9)和外刀座(10)构成，被测刀座焊接在由上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)、下连接板(17)组成的刀座紧固装置里，可调角度的楔形加载块由基座(3)、定位销钉(4)、销轴(5)和斜块(6)构成，并位于刀座的正上方；球形受力块(7)通过刀轴(8)固定在滚刀刀座上，滚刀刀座中楔形块(11)、下压块(13)及螺栓(12)通过安装应力应变传感器构成测试电桥，可调角度的楔形加载块为倾斜施力部件，上下直线运动，利用疲劳试验机的往复交变载荷和不同角度的楔形加载块对球形受力块(7)产生大小不同的三向加载力，将滚刀刀座相应方向的应力应变信号输出，并获得应力应变与斜块施加三向力的对应关系。
【技术特征摘要】
1.一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置，包括基座(3)、定位销钉(4)、销轴(5)、斜块(6)、球形受力块(7)、刀轴(8)、内刀座(9)、外刀座(10)、楔形块(11)、螺栓(12)、下压块(13)、上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)、下连接板(17)，其特征在于：刀座由内刀座(9)和外刀座(10)构成，被测刀座焊接在由上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)、下连接板(17)组成的刀座紧固装置里，可调角度的楔形加载块由基座(3)、定位销钉(4)、销轴(5)和斜块(6)构成，并位于刀座的正上方；球形受力块(7)通过刀轴(8)固定在滚刀刀座上，滚刀刀座中楔形块(11)、下压块(13)及螺栓(12)通过安装应力应变传感器构成测试电桥，可调角度的楔形加载块为倾斜施力部件，上下直线运动，利用疲劳试验机的往复交变载荷和不同角度的楔形加载块对球形受力块(7)产生大小不同的三向加载力，将滚刀刀座相应方向的应力应变信号输出，并获得应力应变与斜块施加三向力的对应关系。2.按照权利要求1所述的一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置，其特征在于：完全模拟刀座的受力环境，上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)的尺寸与盾构/TBM刀盘...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏毅敏，宁波，郭犇，林赉贶，何源福，沈烽，吴遁，刘玉江，黎虎，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43
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