一种TBM滚刀动静加载线切割试验台制造技术

一种TBM滚刀动静加载线切割试验台，包括：垂直液压缸、横梁、垂直导轨、立柱Ⅰ、滑块、活动横梁Ⅰ、激振器、石仓支撑台、纵向导轨、石仓支撑底座、基座、过渡连接支座、激振器安装座、滚刀安装座Ⅱ、滚刀、石仓、横向油缸、横向导轨、纵向油缸，其特征在于：过渡连接支座其上部与活动横梁I的下端固接，其下部开设有的导向柱嵌套设置于滚刀安装座Ⅱ上相应地开设的导向孔内；激振器安装座穿过过渡连接支座和滚刀安装座Ⅱ之间的空隙固接在活动横梁I上；激振器固接在激振器安装座上。本发明专利技术提供的TBM滚刀动静加载线切割试验台的其他技术特征同现有TBM标准线切割试验台。该试验台结构简单、经济实用，能开展动静加载条件下单刀滚压破岩试验。

【技术实现步骤摘要】
一种TBM滚刀动静加载线切割试验台
本专利技术属于地下空间工程领域，涉及一种破岩刀具动静加载线切割试验台，尤其涉及一种在现有TBM(全断面硬岩掘进机)滚刀(盘形滚刀)标准线切割试验台基础上改造获得的TBM滚刀动静加载线切割试验台。
技术介绍
二十一世纪，我国进入工程建设大发展时代。TBM(全断面硬岩掘进机)凭借高效、环保、自动化程度高、地质适应性强、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降等诸多优点在水利、交通、能源、国防等一大批关键地下空间工程项目中得到了广泛应用。据预测，仅国内各主要城市对TBM的需求就达200多台，加上其他行业的需求，预计未来5年产业价值将高达500亿。面对如此巨大的TBM市场需求，近年来国内各大高校和科研院所加大了对TBM相关设计、制备及应用等
的研究投入和力度；其中，借助TBM标准线切割试验台(LinearCuttingMachine)开展滚刀滚压破岩试验研究是模拟TBM掘进过程和设计TBM关键部件的重要途径和手段。中南大学的赵伏军(参考文献：动静载荷耦合作用下岩石破碎理论及试验研究)利用理论及实验对PDC刀具动、静载荷作用下破岩进行了研究，得到相关PDC刀具破岩的断裂损伤判据；同时，澳大利亚纽卡斯尔大学的Wang等人(参考文献：Numericalsimulationoftherockfragmentationprocessinducedbytwodrillbitssubjectedtostaticanddynamic(impact)loading)利用数值模拟对单一动载荷作用下双刀头破岩进行研究；中南大学的刘杰等人(参考文献：TBM滚刀动、静载荷组合破岩数值模拟)采用颗粒流软件建立动、静载荷组合破岩数值模型，从微观裂纹发育与宏观损伤断裂角度出发，研究动、静载荷作用下单滚刀破岩特性，其研究结果表明：在不同频率及速度振幅动、静载荷作用下，TBM滚刀切削扩展模型与钝刀切削扩展模型相类似，主要差异体现在密实核与损伤区域面积和宏观裂纹发育之上；在多数情况下，动、静组合加载有利于剪切微裂纹的发育而不利于张拉微裂纹发育。可见，动静耦合加载方式有助于提高破岩效率，改善刀具综合切削性能。然而，由于现有TBM标准线切割试验台模拟破岩形式的局限性(仅在形式上模拟了单刀静载荷情况下直线式滚压破岩过程)，尤其是现有TBM标准线切割试验台所用滚刀加载装置功能的局限性(破岩时仅对滚刀施加静载荷，但不能施加动载荷或动静耦合载荷)，故无法更为真实地模拟出实际掘进工况下TBM滚刀破岩过程，也无法开展考虑动静加载下的单刀滚压破岩试验。目前，有关TBM滚刀动静耦合载荷作用下破岩机理的试验研究报道很少。在现有TBM标准线切割试验台的基础上，目前学术界逐步发展完善出若干TBM滚刀滚压破岩试验新方案。例如，中南大学专利技术了一种可调式多滚刀切削破岩试验装置(公开号：CN101046537A)，可同时安装多把滚刀以模拟滚刀切削岩石的状况。该装置虽然能够较为真实地模拟滚刀的回转滚压破岩运动，但无法开展动静加载条件下的滚刀滚压破岩试验。中南大学还专利技术了一种用于模拟滚刀滚压破岩、滚刀滚压冲击复合破岩和相似滚刀磨损过程的硬岩滚刀破岩特性测试装置(公开号：CN103969101B)，该装置采用高性能伺服液压缸以进行动静耦合加载试验，同时还需配置高精度较液控系统和进口伺服液压阀，设备研制成本和维护成本高，不利于该装置的推广与使用。需要补充说明的是，上述方案中伺服液压缸的活塞杆产生冲击位移来模拟加载动载荷，故滚刀的切深始终处于波动的状态。中铁隧道集团有限责任公司专利技术了一种TBM破岩试验装置(公开号：CN102359919B)，该装置能够近似模拟刀具真实工作情况，但无法开展动静加载条件下的滚刀滚压破岩试验。沈阳重型机械集团有限公司专利技术了一种岩石掘进机多刀多角度破岩装置(公开号：CN102445336A)，该装置能够模拟岩石环状围压加载功能，但存在加载时由于刀具定位不可靠而引起的加工轨迹偏离等问题，且无法开展动静加载条件下的滚刀滚压破岩试验。北京工业大学和广州市新欧机械有限公司联合专利技术了一种TBM滚刀旋转破岩试验平台及与之配套使用的围压装置和回转装置(公开号：CN103226068B、CN103226078B、CN103226077B)，上述装置既能开展双刀回转滚压破岩试验，又能模拟单向(或双向)围压条件下的双刀滚压破岩试验，但无法开展动静加载条件下的滚刀滚压破岩试验。综上来看，上述TBM滚刀滚压破岩试验新方案虽然解决了现有TBM标准线切割试验台的部分功能缺陷问题(如可模拟多刀回转破岩过程、可采用伺服液压缸驱动下研究滚刀动静耦合破岩新方式、可开展相似滚刀磨损试验等)，但由于结构相对于现有TBM标准线切割试验台更复杂，因此试验成本高昂。目前，尚未有在保证现有TBM标准线切割试验台主体结构和布局形式不变的前提下，对现有TBM标准线切割试验台某一组成部件(如滚刀动静加载装置)进行局部改造升级，以实现动静加载条件下单刀破岩试验新功能的低成本技术实施方案。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述不足，本专利技术提供一种TBM滚刀动静加载线切割试验台，包括：垂直液压缸、横梁、垂直导轨、立柱Ⅰ、滑块、活动横梁Ⅰ、激振器、石仓支撑台、纵向导轨、石仓支撑底座、基座、过渡连接支座、端盖盖板、激振器安装座、滚刀安装座Ⅱ、滚刀、石仓、横向油缸、横向导轨、纵向油缸，其特征在于：两个所述立柱Ⅰ的顶端由所述横梁连接，形成一个龙门机架结构；所述垂直液压缸布置在所述横梁上；所述活动横梁Ⅰ两端固接所述滑块；所述滑块嵌套在所述立柱Ⅰ内设置的所述垂直导轨上；所述垂直液压缸驱动所述活动横梁Ⅰ沿所述垂直导轨相对所述立柱Ⅰ作垂直运动；所述过渡连接支座其上部与所述活动横梁I的下端固接，其下部开设有导向柱；所述滚刀安装座Ⅱ上相应地开设有与所述导向柱相配合的导向孔；所述导向柱嵌套设置于所述导向孔内；所述激振器安装座穿过所述过渡连接支座和所述滚刀安装座Ⅱ之间的空隙固接在所述活动横梁I上；所述激振器固接在所述激振器安装座上；所述激振器的所述冲击激振元件可向所述滚刀安装座Ⅱ上部施加垂向动载荷；所述导向柱可相对所述导向孔垂向上下运动一定距离；所述滚刀活动地安装在所述滚刀安装座Ⅱ内。作为优选，所述过渡连接支座的下部关于所述过渡连接支座的对称中心面对称开设有四个所述导向柱；所述导向柱下部为阶梯轴；通过所述端盖盖板将所述导向柱的阶梯轴的大端卡设于所述导向孔内；所述端盖盖板为半圆环状；更为优选，所述导向孔为盲孔；静加载工作状态(即所述垂直液压缸的活塞杆推动固接在所述活动横梁Ⅰ上的所述滚刀向下进给；使得所述滚刀接触并贯入岩石试样至给定切深，之后锁死所述垂直液压缸)：为了传递较大的静载荷，同时保证本专利技术装置的刚强度，所述盲孔的端面与所述导向柱的端面相接触；为了防止静加载工作状态下所述冲击激振元件受力弯曲，所述冲击激振元件与所述滚刀安装座Ⅱ的上部存在一定间隙；换言之，如果不存在上述间隙，则静加载工作状态下，所述垂直液压缸施加的静载荷经由所述活动横梁I、所述过渡连接支座、所述滚刀安装座Ⅱ、传递至所述激振器；为了防止动静耦合加载工作状态(即所述垂直液压缸的活塞杆推动固接在所述活动横梁Ⅰ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TBM滚刀动静加载线切割试验台，包括：垂直液压缸、横梁、垂直导轨、立柱Ⅰ、滑块、活动横梁Ⅰ、激振器、石仓支撑台、纵向导轨、石仓支撑底座、基座、过渡连接支座、激振器安装座、滚刀安装座Ⅱ、滚刀、石仓、横向油缸、横向导轨、纵向油缸，其特征在于：所述石仓支撑底座固接在所述基座上；所述石仓支撑底座上对称地布置有所述纵向导轨；所述石仓支撑台活动地嵌套放置于所述纵向导轨上；所述石仓支撑底座上的所述纵向油缸推动所述石仓支撑台沿所述纵向导轨相对于所述石仓支撑底座作纵向运动；所述横向导轨设置于所述石仓支撑台上；所述石仓活动地嵌套放置于所述横向导轨上；所述石仓支撑台上的所述横向油缸推动所述石仓沿所述横向导轨相对所述石仓支撑台作横向运动；岩石试样放置于所述石仓内；所述石仓两侧垂直布置有两个所述立柱Ⅰ，顶端由一根所述横梁连接，形成一个龙门机架结构；所述垂直液压缸的缸体和活塞杆分别与所述横梁和所述活动横梁Ⅰ固接，所述活动横梁Ⅰ两端固接所述滑块；所述滑块嵌套在所述立柱Ⅰ内的所述垂直导轨上，所述垂直液压缸推动所述活动横梁Ⅰ沿所述立柱Ⅰ上的所述垂直导轨相对所述立柱Ⅰ作垂直运动；所述过渡连接支座其上部与所述活动横梁I的下端固接，其下部开设有导向柱；所述滚刀安装座Ⅱ上相应地开设有与所述导向柱相配合的导向孔；所述导向柱嵌套设置于所述导向孔内；所述激振器安装座穿过所述过渡连接支座和所述滚刀安装座Ⅱ之间的空隙固接在所述活动横梁I上；所述激振器固接在所述激振器安装座上；所述滚刀活动地安装在所述滚刀安装座Ⅱ内。...

【技术特征摘要】
1.一种TBM滚刀动静加载线切割试验台，包括：垂直液压缸、横梁、垂直导轨、立柱Ⅰ、滑块、活动横梁Ⅰ、激振器、石仓支撑台、纵向导轨、石仓支撑底座、基座、过渡连接支座、激振器安装座、滚刀安装座Ⅱ、滚刀、石仓、横向油缸、横向导轨、纵向油缸，其特征在于：所述石仓支撑底座固接在所述基座上；所述石仓支撑底座上对称地布置有所述纵向导轨；所述石仓支撑台活动地嵌套放置于所述纵向导轨上；所述石仓支撑底座上的所述纵向油缸推动所述石仓支撑台沿所述纵向导轨相对于所述石仓支撑底座作纵向运动；所述横向导轨设置于所述石仓支撑台上；所述石仓活动地嵌套放置于所述横向导轨上；所述石仓支撑台上的所述横向油缸推动所述石仓沿所述横向导轨相对所述石仓支撑台作横向运动；岩石试样放置于所述石仓内；所述石仓两侧垂直布置有两个所述立柱Ⅰ，顶端由一根所述横梁连接，形成一个龙门机架结构；所述垂直液压缸的缸体和活塞杆分别与所述横梁和所述活动横梁Ⅰ固接，所述活动横梁Ⅰ两端固接所述滑块；所述滑块嵌套在所述立柱Ⅰ内的所述垂直导轨上，所述垂直液压缸推动所述活动横梁Ⅰ沿所述立柱Ⅰ上的所述垂直导轨相对所述立柱Ⅰ作垂直运动；所述过渡连接支座其上部与所述活动横梁I的下端固接，其下部开设有导向柱；所述滚刀安装座Ⅱ上相应地开设有与所述导向柱相配合的导向孔；所述导向柱嵌套设置于所述导向孔内；所述激振器安装座穿过所述过渡连接支座和所述滚刀安装座Ⅱ之间的空隙固接在所述活动横梁I上；所述激振器固接在所述激振器安装座上；所述滚刀活动地安装在所述滚刀安装座Ⅱ内。2.根据权利要求1所述的一种TBM滚刀动静加载线切割试验台，其特征在于：还包括端盖盖板；所述导向...

【专利技术属性】
技术研发人员：张魁，何仕海，郭龙，彭赐彩，刘金刚，夏毅敏，徐志强，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43