一种适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台，解决的技术问题是目前没有一种能够模拟不同围压工况下，以第四代半、第五代掘进机的多模式可测破岩效果的综合试验台。试验台包括保持架，其上设有围压加压装置、机械臂和可调刀盘，可调刀盘与保持架滑动连接，保持架通过顶升油缸与地基连接，机械臂一端与保持架连接，另一端设有喷嘴。本实用新型专利技术的实验台可开展不同围压、贯入度、岩石的水射流‑滚刀、粒子冲击‑滚刀、脉冲放电‑滚刀、激光‑滚刀等耦合破岩实验第四代半掘进机，也可单独对新型破岩方式进行破岩实验第五代掘进机，在实验室环境下通过对滚刀数据采集分析，为第四代半、第五代掘进机的研发提供试验指导。

A Multimodal Test Bench Suitable for Fourth Generation Half and Fifth Generation Rock Breaking

【技术实现步骤摘要】
一种适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台
本技术涉及隧道施工领域，具体涉及一种适用于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台。
技术介绍
未来的隧道工程将面临空前复杂的地质条件和施工环境，呈现出长洞线、大埋深和大断面的发展趋势。单条隧洞中可能出现多种围岩类型，围岩压力、强度等指标也会随之变化。目前，在岩石隧洞开挖领域，TBM施工技术具有安全、高效、环保等优点，已经逐渐替代传统的钻爆法。但当TBM遇到高强度硬岩时，滚刀磨损严重，开挖效率受限，为此有人提出了第四代半、第五代掘进机的新思路，目的在于寻找新型破岩方式，联合滚刀或完全替代滚刀进行破岩。目前的新型破岩方式主要有高压水射流、激光、粒子冲击、脉冲放电等25种新型破岩方式，第四代半掘进机的破岩方式指的是以滚刀破岩为主，以高压水射流、激光、粒子冲击、脉冲放电等破岩方式为辅的破岩方式，第五代掘进机的破岩方式指的是高压水射流、激光、粒子冲击、脉冲放电等破岩为主，滚刀破岩为辅的新型破岩方式，但目前尚没有一种能够模拟真实工况下的多模式（如新型破岩方式+滚刀的联合破岩模式、单纯的新型破岩方式的破岩模式）可测破岩效果的综合试验台，针对该问题，技术了一种适用于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是目前尚没有一种能够模拟不同围压工况下，以第四代半掘进机和第五代掘进机的多模式可测破岩效果的综合试验台，提供一种可在实验室实现不同围压下滚刀数据采集分析，适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台。为解决上述技术问题，本技术采用下述技术方案：一种适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台，包括保持架，保持架上设有围压加压装置、机械臂和可调刀盘，可调刀盘与保持架滑动连接，保持架通过顶升油缸与地基连接，机械臂一端与保持架连接，机械臂另一端设有喷嘴。所述的喷嘴为水射流喷嘴、粒子喷嘴、高压风、临界二氧化碳、液氮、激光发生器、高压脉冲电极、微波发生器等。所述的围压加压装置包括回转座、加压油缸和施力板，与回转座相连设有反力板，加压油缸的底座固定在反力板上，加压油缸的活塞杆与施力板连接。所述的反力板有五块，五块反力板包括一块底反力板和四块侧反力板，底反力板与回转座之间设有支腿。所述的五块反力板围成一个岩石箱，每个反力板内侧均设有若干个加压油缸，每块反力板对应设有一块施力板；所述的施力板围成一个方形内腔，岩石设置在方形内腔内。所述的反力板外侧设有撑紧环；所述的保持架上设有支撑台，支撑台的上表面为弧形面，弧形面上设有滚柱。所述的可调刀盘包括刀座和推进油缸，刀座设置在刀座滑台上，刀座滑台设置在刀盘滑架上，刀座与刀座滑台滑动连接；推进油缸的底座固定在保持架上，推进油缸的活塞杆与刀盘滑架连接。所述的刀座上部设有滚刀，刀座下部设有丝杠，丝杠两端由轴承座进行支撑，丝杠通过丝杠螺母座与刀座滑台连接；所述的刀座滑台的两侧设有滑槽，刀座下部的两侧设有凸台，滑槽和凸台滑动配合。所述的刀座滑台的两侧设有滑槽，刀座下部的两侧设有凸台，滑槽和凸台滑动配合。所述的保持架上设有滑轨，刀盘滑架通过滑轨与保持架连接。所述的刀座上设有激光测距传感器、六维力传感器、温度传感器、霍尔传感器或加速度传感器。所述的保持架包括左侧板和右侧板，左侧板和右侧板通过下底板连接，所述的保持架上设有滑轨，滑轨两端分别与左侧板、右侧板连接。所述的地基上设有凹槽，顶升油缸设置在凹槽内；所述的顶升油缸包括左侧顶升油缸和右侧顶升油缸，左侧顶升油缸与左侧板铰接连接，右侧顶升油缸与下底板铰接连接。一种适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台的测试方法，包括以下步骤：①固定岩石：将岩石固定在围压加压装置内，通过推进油缸调节可调刀盘的位置和推力；②通过加压油缸给岩石加压，并通过回转座使岩石做整周旋转运动；③步骤②所述的岩石做整周旋转运动时，推进油缸推动刀座沿着导轨方向运动，使滚刀在岩石上挤压出不同的切削轨迹；同时采用水射流喷嘴、粒子喷嘴、激光发生器或电极辅助破岩；刀座向着岩石方向运动的同时监测滚刀的磨损量、刀轴受力、工作温度以及转速，并将收集到的数据传输到控制系统，并进行信号分析与处理，通过人机交互平台在线监测滚刀工作状态以及寿命预测；④步骤③所述的滚刀在岩石上挤压出不同的切削轨迹时，改变加压油缸对岩石的作用力，即改变岩石的围压，分别监测岩石在受到不同围压时滚刀的磨损量、刀轴受力、工作温度以及转速。步骤③所述的刀座通过丝杠前后移动，调节刀座在刀座滑台上的位置，进而调节滚刀在岩石上划出的切削轨迹的位置或间距。本技术使用时，以围压加压装置旋转代替实际施工过程中的刀盘旋转，简化实验装置，增大实验装置的可靠性；可调刀盘上的刀座位置根据需要进行调节刀间距，刀盘相对于围压加压装置的旋转形成不同的切削轨迹；本技术整个实验台可开展不同围压、不同贯入度、不同岩石的水射流-滚刀、粒子冲击-滚刀、脉冲放电-滚刀、激光-滚刀等耦合破岩实验第四代半掘进机，也可单独对高压水射流、高速粒子、高压风、临界二氧化碳、液氮、激光、高压电脉冲、微波等新型破岩方式的第五代掘进机进行破岩实验，在实验室环境下通过对滚刀数据采集分析，为第四代半、第五代掘进机的研发提供试验指导。附图说明图1是保持架为水平状态时的本技术结构示意图；图2是保持架为倾斜状态时的本技术结构示意图；图3是本技术围压加压装置处放大结构示意图；图4是本技术围压加压装置内部结构示意图；图5是本技术加压油缸与施力板相配合的结构示意图；图6是本技术可调刀盘结构示意图；图7是本技术可调刀盘局部结构示意图；图8是本技术刀座与刀座滑台相配合的结构示意图；图9是本技术刀座结构示意图；图10是图1的机器人臂处局部放大结构示意图；图11是本技术控制系统结构示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1至图11所示，一种适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台，包括保持架3，保持架3上设有围压加压装置4、机械臂5和可调刀盘6，可调刀盘6与保持架3滑动连接，保持架3通过顶升油缸2与地基1连接，机械臂5一端与保持架3连接，机械臂5另一端设有喷嘴501。本技术的机械臂5设置在保持架3的滑轨34上，滑轨34上设有横轴341，机械臂5固定在横轴上。实际施工过程中以隧道掌子面固定，刀盘和喷嘴501旋转的方式进行破岩，刀盘旋转需要各种电路控制，用于电路控制的导线直接从主机连接至刀盘位置，这就导致与刀盘相连与大量的导线、管道等，结构较为繁重复杂，本技术以围压加压装置旋转代替实际施工过程中的刀盘和喷嘴501旋转，刀盘不转，不需要连接大量导线、管道等，简化实验装置，减少实验的干扰因素，增大实验装置的可靠性。所述的喷嘴501为水射流喷嘴、粒子喷嘴、高压风、临界二氧化碳、液氮、激光发生器、高压脉冲电极、微波发生器等。本技术以高压水射流喷嘴为例，通过机械臂可以调整喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台，其特征在于：包括保持架（3），保持架（3）上设有围压加压装置（4）、机械臂（5）和可调刀盘（6），可调刀盘（6）与保持架（3）滑动连接，保持架（3）通过顶升油缸（2）与地基（1）连接，机械臂（5）一端与保持架（3）连接，机械臂（5）另一端设有喷嘴（501）。

【技术特征摘要】
1.一种适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台，其特征在于：包括保持架（3），保持架（3）上设有围压加压装置（4）、机械臂（5）和可调刀盘（6），可调刀盘（6）与保持架（3）滑动连接，保持架（3）通过顶升油缸（2）与地基（1）连接，机械臂（5）一端与保持架（3）连接，机械臂（5）另一端设有喷嘴（501）。2.根据权利要求1所述的适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台，其特征在于：所述的喷嘴（501）为水射流喷嘴、高速粒子喷嘴、或临界二氧化碳喷嘴。3.根据权利要求1所述的适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台，其特征在于：所述的喷嘴（501）为脉冲放电电极或激光头。4.根据权利要求1所述的适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台，其特征在于：所述的围压加压装置（4）包括回转座（401）、加压油缸（405）和施力板（405-2），与回转座（401）相连设有反力板（404），加压油缸（405）的底座固定在反力板（404）上，加压油缸（405）的活塞杆与施力板（405-2）连接。5.根据权利要求4所述的适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台，其特征在于：所述的反力板（404）有五块，五块反力板（404）包括一块底反力板（4041）和四块侧反力板（4042），底反力板（4041）与回转座（401）之间设有支腿（402）。6.根据权利要求5所述的适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台，其特征在于：所述的五块反力板（404）围成一个岩石箱，每个反力板内侧均设有若干个加压油缸（405），每块反力板（404）对应设有一块施力板（405-2）；所述的施力板（405-2）围成一个方形内腔，岩石（8）设置在方形内腔内；所述的反力板（404）外侧设有撑紧环（403）；所述的保持架（3）上设有支撑台（406），支撑台（406）的上表面为弧形面，弧形面上设有滚柱（4061）。7.根据权利要求1所述的适于第四代半、第五代破岩方式的多模式测试实验台，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜礼杰，文勇亮，赵梦媛，叶蕾，贺飞，贾连辉，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：新型
国别省市：河南,41