用于岩土体切削机理研究及刀齿优化的多功能装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种用于岩土体切削机理研究及刀齿优化的多功能装置，可以同时适用于疏浚工程领域、隧道施工工程和采矿工程的用于岩土体切削机理研究及刀齿优化的多功能装置，从而可以开展大比尺条件下不同环境、不同材质、多刀齿的切削试验，为刀齿的优化设计提供依据，进而有利于相应领域内的刀齿的优化设计。一种用于岩土体切削机理研究及刀齿优化的多功能装置，包括：包括试验台、试验刀齿、齿座、法兰盘、三向量力传感器、连接板、连接架、角度调节液压装置、耙臂、高度调节液压装置、牵引台车、轨道、试样固定板、固定板高度调节螺栓、试样固定台底板、高速摄像机和红外热成像仪。

Multifunctional device for cutting mechanism research and cutter tooth optimization of rock and soil

【技术实现步骤摘要】
用于岩土体切削机理研究及刀齿优化的多功能装置
本技术涉及工程
，具体来说，是涉及一种用于岩土体切削机理研究及刀齿优化的多功能装置，适用于疏浚工程、土木工程中的隧道工程以及采矿工程等工程

技术介绍
疏浚工程中挖泥船所用耙头及绞刀头的性能、隧道盾构施工时盾构机滚刀的性能或者采矿工程中采矿机钻头的性能，都会直接影响对应机具的施工效率及经济效益，因此，如何科学模拟以上各工程领域内相应机械的岩土体切削过程和进行高效能刀齿研发，已经成为我国疏浚、隧道施工、采矿等工程
亟待解决的难点问题。然而，目前国内外针对岩土体切削机理的研究以及切削刀齿的设计还缺乏实用有效的分析方法，通常是依靠理论推导或工程经验进行相应切削部件的设计，具有很大的盲目性。为弥补理论分析的局限性，对于岩土体切削机理的研究以及刀齿的优化设计，迫切需要结合室内模型试验进行。目前虽存在切削试验装置，但多应用于小比尺、干环境、单刀齿、单一介质的切削模拟，且研究对象单一，运用于实际工程领域尚存在较多缺陷。目前，尚未发现可进行大比尺条件下不同环境(大气环境、水环境)、不同材质(土体、岩体)、多刀齿的可同时研究多目标(切削力、切削介质破碎、刀齿磨损)的切削试验装置。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种可以同时适用于疏浚工程领域、隧道施工工程和采矿工程的用于岩土体切削机理研究及刀齿优化的多功能装置，从而可以开展大比尺条件下不同环境、不同材质、多刀齿的切削试验，为刀齿的优化设计提供依据，进而有利于相应领域内的刀齿的优化设计。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于岩土体切削机理研究及刀齿优化的多功能装置，包括：包括试验台、至少一组切削刀齿组件、连接板、连接架、角度调节液压装置、耙臂、高度调节液压装置、牵引台车、轨道、试样固定板、固定板高度调节螺栓、试样固定台底板、高速摄像机和红外热成像仪，每一切削刀齿组件均由试验刀齿、齿座、法兰盘、三向量力传感器组成。所述试验台为底部和四周为密封连接的柜体结构，可通过向其内部给、排水完成切削环境的转变，即水下切削与大气环境条件下切削。在所述试验台的顶部安装有轨道，牵引台车通过所述轨道横跨于所述试验台上。所述耙臂可转动地从所述牵引台车伸入所述试验台的内部，所述高度调节液压装置的一端固定在所述牵引台车上，另一端与所述耙臂铰接，通过所述高度调节液压装置的液压缸的伸缩完成所述耙臂的升降，改变所述试验刀齿的高度，以此调节所述试验刀齿的切削角度。所述试样固定台设置在所述试验台的内部，由试样固定板、固定板高度调节螺栓和试样固定台底板组成，所述试样固定板通过所述固定板高度调节螺栓固定在所述试样固定台底板的上方并且可以沿所述固定板高度调节螺栓调节高度。所述试验刀齿通过销轴与所述齿座连接，所述齿座通过所述法兰盘与所述三向量力传感器连接，所述齿座或所述三向量力传感器通过螺栓与所述连接板连接，所述连接板通过螺栓连接至所述连接架上，使得所述切削刀齿组件可独立拆卸地并且可独立控制地连接至所述连接架上。在进行单刀齿试验时，只配置一组所述切削刀齿组件，此时可配置在所述连接板的中间位置处；在进行多刀齿试验时，可以按需配置两组、三组甚至更多组所述切削刀齿组件，根据需要配置相同或不同的试验刀齿，并调节各组刀齿之间的距离以满足试验需求。所述连接架铰接在所述耙臂上，还配置有角度调节液压装置。所述角度调节液压装置的一端与所述连接架铰接，另一端固定在所述耙臂上，通过所述角度调节液压装置的液压缸的伸缩带动达到连接架的转动，以此调节所述试验刀齿的切削角度。所述高速摄像机通过支架固定在所述耙臂上，所述高速摄像机的拍摄角度可调。所述红外热成像仪通过支架固定在所述连接架上，所述红外热成像仪的拍摄角度可调。其中，优选地，所述连接板的上部设有开孔，所述连接板的下部设有开槽，螺栓通过所述开孔将所述连接板与所述连接架连接，螺栓通过所述开槽使所述连接板与所述三向量力传感器或与所述齿座连接。所述开孔和开槽的设计使得试验刀齿的位置调节范围更大，而可选择地通过齿座或通过三向量力传感器将切削刀齿组件与所述连接板连接，可以进一步增大试验刀齿的位置的调节范围，使得本技术的适用性更广。其中，优选地，所述固定板高度调节螺栓配有相应的螺母，所述固定板高度调节螺栓的底端焊接在所述试样固定台底板上，所述试样固定板上设有与所述固定板高度调节螺栓对应的开孔，所述固定板高度调节螺栓穿过所述开孔并使所述试样固定板置于所述螺母之上。通过调节螺母搞多来调节固定板高度，以便精确控制岩石切削时的切削深度。其中，优选地，所述牵引台车具有自驱功能，采用直流电机驱动，可以采用已公开的任何可实现的上述自驱功能的结构来实现。例如，可以是将驱动行走机构布置于所述牵引台车的四角处，分别通过四组车轮支承于所述轨道上。其中，驱动行走机构可以由直线电机、减速器、离合器、行走轮组成。离合器吸合后，电机可带动行走轮行走，从而实现自驱功能。优选地，所述多功能装置还配备有牵引动力及控制系统，用于提供外部动力驱动所述牵引台车移动。当进行低强度切削试验时，例如进行各类土质切削时，可以通过牵引台车自行驱动带动刀齿完成切削试验；当进行高强度切削时，例如进行各类岩石切削时，可以通过牵引动力及控制系统提供较大的外部驱动力来驱动所述牵引台车移动。优选地，所述牵引动力及控制系统可以通过控制钢缆绳拖拽驱动所述牵引台车。本技术提出的用于岩土体切削机理研究及刀齿优化的多功能装置具有以下主要功能：1)可开展大气环境及水环境下的切削试验。2)可开展土或岩石的切削试验。3)可开展不同类型疏浚刀齿的切削试验。4)可开展不同切削速度、切削角度、切削深度等条件下的切削试验。5)可开展单刀齿或多刀齿条件下的切削试验。6)可开展刀齿磨损试验研究。7)针对刀齿及切削试样，开展1)～6)的组合性试验，并可通过不同因素组合的测定结果，判别影响疏浚刀齿切削功效及刀齿磨损的主要因素，确定提升刀齿功效的方法，从而指导刀齿的优化设计。本技术由于采用了上述技术方案，使其可以通过牵引台车的移动带动试验刀齿的移动来完成切削试验；试验过程中通过三向量力传感器、高速摄像机以及红外热成像仪分别监测切削过程中刀齿所受各向力的变化情况、切削介质形态变化情况以及刀齿与切削介质接触面的温度分布情况。与现有技术相比，本技术具有以下优点：1)可开展大比尺切削模型试验，试验结果更接近真实情况。2)可开展大气环境或水下环境的土质切削试验及岩石切削试验，试验环境及切削介质不再单一。3)可通过不同因素组合的测定结果，判断影响刀齿切削功效及刀齿磨损的主要因素及提高切削效率的最佳组合，从而指导各类型刀齿的优化设计。4)本技术构造简单，易于改造，可靠性强，适用性广。附图说明图1为本技术用于岩土体切削机理研究及刀齿优化的多功能装置的一个较优实施例的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于岩土体切削机理研究及刀齿优化的多功能装置，其特征在于，包括：/n试验台(1)，为底部和四周为密封连接的柜体结构，在所述试验台(1)顶部安装有轨道(12)，牵引台车(11)通过所述轨道(12)横跨于所述试验台(1)上；/n耙臂(9)，可转动地从所述牵引台车(11)伸入所述试验台(1)的内部，高度调节液压装置(10)的一端固定在所述牵引台车(11)上，另一端与所述耙臂(9)铰接，通过所述高度调节液压装置(10)的液压缸的伸缩完成所述耙臂(9)的升降；/n试样固定台，设置在所述试验台(1)的内部，所述试样固定台由试样固定板(15)、固定板高度调节螺栓(16)和试样固定台底板(17)组成，所述试样固定板(15)通过所述固定板高度调节螺栓(16)固定在所述试样固定台底板(17)的上方并且可以沿所述固定板高度调节螺栓(16)调节高度；/n至少一组切削刀齿组件，每一切削刀齿组件：由试验刀齿(2)、齿座(3)、法兰盘(4)、三向量力传感器(5)组成，所述试验刀齿(2)通过销轴与所述齿座(3)连接，所述齿座(3)通过所述法兰盘(4)与所述三向量力传感器(5)连接，所述齿座(3)或所述三向量力传感器(5)通过螺栓与连接板(6)连接，所述连接板(6)通过螺栓连接至连接架(7)上，使得所述切削刀齿组件可独立拆卸地并且可独立控制地连接至所述连接架(7)上；/n所述连接架(7)铰接在所述耙臂(9)上，还配置有角度调节液压装置(8)，所述角度调节液压装置(8)的一端与所述连接架(7)铰接，另一端固定在所述耙臂(9)上，通过所述角度调节液压装置(8)的液压缸的伸缩带动达到连接架(7)的转动；/n高速摄像机(18)通过支架固定在所述耙臂(9)上，所述高速摄像机(18)的拍摄角度可调；/n红外热成像仪(19)通过支架固定在所述连接架(7)上，所述红外热成像仪(19)的拍摄角度可调。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于岩土体切削机理研究及刀齿优化的多功能装置，其特征在于，包括：
试验台(1)，为底部和四周为密封连接的柜体结构，在所述试验台(1)顶部安装有轨道(12)，牵引台车(11)通过所述轨道(12)横跨于所述试验台(1)上；
耙臂(9)，可转动地从所述牵引台车(11)伸入所述试验台(1)的内部，高度调节液压装置(10)的一端固定在所述牵引台车(11)上，另一端与所述耙臂(9)铰接，通过所述高度调节液压装置(10)的液压缸的伸缩完成所述耙臂(9)的升降；
试样固定台，设置在所述试验台(1)的内部，所述试样固定台由试样固定板(15)、固定板高度调节螺栓(16)和试样固定台底板(17)组成，所述试样固定板(15)通过所述固定板高度调节螺栓(16)固定在所述试样固定台底板(17)的上方并且可以沿所述固定板高度调节螺栓(16)调节高度；
至少一组切削刀齿组件，每一切削刀齿组件：由试验刀齿(2)、齿座(3)、法兰盘(4)、三向量力传感器(5)组成，所述试验刀齿(2)通过销轴与所述齿座(3)连接，所述齿座(3)通过所述法兰盘(4)与所述三向量力传感器(5)连接，所述齿座(3)或所述三向量力传感器(5)通过螺栓与连接板(6)连接，所述连接板(6)通过螺栓连接至连接架(7)上，使得所述切削刀齿组件可独立拆卸地并且可独立控制地连接至所述连接架(7)上；
所述连接架(7)铰接在所述耙臂(9)上，还配置有角度调节液压装置(8)，所述角度调节液压装置(8)的一端与所述连接架(7)铰接，另一端固定在所述耙臂(9)上，通过所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘功勋，李威，洪国军，刘若元，张晴波，江帅，施绍刚，梁鑫，树伟，尹纪富，尹立明，
申请(专利权)人：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31