喷射角度可调的水力破岩试验台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种喷射角度可调的水力破岩试验台。它包括水刀工作结构，试样装样结构，底座和机架，机架固定于所述底座上；水刀工作结构位于所述机架上；所述试样装样结构位于所述底座上；所述水刀工作结构包括水刀位置控制结构和水刀部分；所述水刀位置控制结构用于调整水刀工作结构到试样的距离；所述水刀部分用于调整喷射角度、水力破岩；所述水刀部分包括高压水通道、伴随滚轮和喷嘴；所述高压水通道有多个；多个高压水通道互相形成一定角度；所述喷嘴设于所述高压水通道上、且位于所述伴随滚轮之间。本实用新型专利技术具有能研究不同水刀部分的组合角度对水刀破岩的效率的影响，能进行水力切割破岩直观研究，能有效保护喷嘴的优点。

【技术实现步骤摘要】
喷射角度可调的水力破岩试验台
本技术涉及隧道及地下工程
，特别涉及联合破岩试验及其破岩机理研究领域；更具体地说它是喷射角度可调的水力破岩试验台。
技术介绍
盘型滚刀是目前硬岩隧道掘机TBM上最常用的刀具，研究盘型滚刀作用下的破岩机理对提高破岩效率及指导刀具的机械制造意义重大。合理确定刀盘布置、刀间距以及机具的推力与扭矩，可极大的提高破岩效果和掘进速度。在现有的TBM试验研究方面，最具代表的是科罗拉多矿业大学Ozdemir等设计的单刀直线性切割试验装置(LCM)，此试验装置设计为双刀具支座，其中一刀具支座沿双向可滑动，便于在不同位置固定，这样即可进行单刀具的线性切割试验，同时也可完成不同时序及不同间距双刀具破岩的研究。该立式试验装置可测量滚刀三向力、贯入度、刀间距等多项参数，但该装置采用刀具的直线位移模拟刀具的破岩过程，与实际的将刀具安装在回转刀盘上，通过刀盘的回转运动进行破岩差别较大，故无法真实模拟刀具的工作过程，且无法通过试验得出刀盘的驱动扭矩与刀具安装位置的关系，无法对刀具进行全方位研究。现有申请号为CN201010133137.6，专利名称为《双滚刀滚压岩石综合试验台》，其公开了一种刀间距调整范围、定位简单，定位精度高，承载压力大的滚压岩石综合试验台；但其仅能实现机械滚压岩石试验，其采用竖向破岩方式破岩，破岩方式单一且破岩效率较低。现有申请号为201310086458.9，专利名称为《机械破岩试验平台》，其公开了一种可调刀间距、足尺寸模拟隧道掘进机(TBM)和其他破岩机械在不同施工条件情况下的刀具破岩过程的机械破岩试验平台；但其仅能实现机械滚压岩石试验，其采用竖向破岩方式破岩，破岩方式单一且破岩效率较低。因此，现亟需开发一种能研究不同水刀部分的组合角度对水刀破岩的效率的影响的破岩试验台。
技术实现思路
本技术的目的是为了提供一种喷射角度可调的水力破岩试验台，能研究不同水刀部分的组合角度对水刀破岩的效率的影响，能进行水力切割破岩直观研究，能够研究不同水刀间距对切割破岩效率影响，能有效保护喷嘴。为了实现上述目的，本技术的技术方案为：喷射角度可调的水力破岩试验台，包括水刀工作结构，试样装样结构，底座和机架，所述机架固定于所述底座上；所述水刀工作结构位于所述机架上；所述试样装样结构位于所述底座上；其特征在于：所述水刀工作结构包括水刀位置控制结构和水刀部分；所述水刀位置控制结构用于调整水刀工作结构到试样的距离；所述水刀部分用于调整喷射角度、水力破岩；所述水刀部分包括高压水通道、伴随滚轮和喷嘴；所述高压水通道有多个；多个所述高压水通道互相形成一定角度；所述喷嘴设于所述高压水通道上、且位于所述伴随滚轮之间。在上述技术方案中，所述水刀部分固定在所述机架上；所述水刀部分有多组；多组所述水刀部分呈间隔设置。在上述技术方案中，所述试样装样结构包括行走导轨，油缸和试样盒；所述行走导轨包括导轨和滑块；所述导轨铺设在所述底座上；所述滑块与所述导轨滑动连接；所述滑块固定在所述试样盒下端。在上述技术方案中，所述水刀位置控制结构包括水刀左右控制轮、水刀前后控制电机、水刀升降结构和水刀角度控制结构；所述水刀左右控制轮和所述水刀前后控制电机均位于所述机架上；所述水刀左右控制轮用于控制多组水刀部分的左右运动；所述水刀前后控制电机用于控制多组水刀部分的前后运动；所述水刀升降结构和水刀角度控制结构均位于所述水刀部分上；所述水刀升降结构用于控制多组水刀部分的升降运动；所述水刀角度控制结构用于控制单个水刀部分的角度。在上述技术方案中，还包括上部行走导轨结构；所述上部行走导轨结构设于所述机架上；所述上部行走导轨结构包括控制水刀部分沿设备长边方向运动的第一导轨和控制水刀部分沿设备短边方向运动的第二导轨；所述第一导轨通过所述水刀前后控制电机控制，用于控制多组水刀部分之间的间距；所述第二导轨通过所述水刀左右控制轮控制，用于控制多组水刀部分与试样的相对位置关系。在上述技术方案中，还包括保护结构；所述保护结构设于所述底座与所述机架之间；所述保护结构上靠近所述油缸的一侧预设有用于通过试样的通孔结构。在上述技术方案中，所述保护结构由四块不锈钢板组成；四块所述不锈钢板分别设于所述底座与所述机架的四周。在上述技术方案中，所述高压水通道有三个；三个所述高压水通道互相形成一定角度。在上述技术方案中，所述伴随滚轮为双滚轮结构；所述伴随滚轮的外边缘呈齿状结构。在上述技术方案中，所述喷嘴设于所述高压水通道下端。本技术具有如下优点：(1)本技术将喷嘴安装在两个伴随滚动轮的中间，能在水刀部分工作时更好地保护喷嘴，降低水切割后的岩块对喷嘴造成的损伤，增加喷嘴的使用寿命；(2)本技术通过水刀前后控制电机对多组水刀部分间距的调节，实现不同水刀间距对切割破岩效率影响的研究；本技术能够实现水射流线性切割破岩实验，探索水射流破碎岩石的规律，同时本技术能够通过调节高压水通道之间的角度，研究如何进一步提高水射流破岩的效率；(3)本技术能进行水力切割破岩直观研究，破岩效率较高；(4)本技术采用多个高压水通道互相形成一定角度的水刀部分的结构，可用于研究不同水刀部分的组合角度对水刀破岩的效率分析；本技术设计三组水刀部分互相形成一定角度，用于更好地研究水刀对不同种类岩石的切割效率，这对于研究TBM刀盘上的水刀布置方式具有重要意义；本技术的工作方式为首先通过水刀升降结构将滚轮下移至紧贴试样表面处，当水刀开始工作时，滚轮开始转动，破岩效率较高；(5)本技术采用上部行走导轨的结构实现单组水刀和多组水刀组合破岩的效率分析的研究，同样也可以实现多切槽对水刀破岩效率的分析的研究。本技术能够实现机械-水刀联合破岩，这种破岩方式可以大幅降低机械破岩所施加给滚刀的轴向力，同时，本技术所述的齿状伴随滚轮也可单独作用模拟机械破岩过程，并且，齿状伴随滚轮可以增加滚轮与岩石表面之间的摩擦力，对于提高破岩效率有一定帮助；本技术能够通过水射流线性切割实验探索水射流破碎岩石的规律，以及通过调节不同机械-水刀组合结构之间的间距和高压水之间的角度，研究如何进一步提高TBM破岩的效率，为今后联合破岩的发展提供帮助。本技术所述的水力破岩试验台，主要是为了研究在机械-水射流联合破岩的基础上，通过对水射流的压力、孔径、切割速度以及切割角度等参数的不同组合，最大限度的提高TBM的掘进效率，降低TBM施工的成本，同时，结合工程实际，探究在不同岩性、地质条件下的破岩规律，为将来的联合破岩现实应用提供参考依据，也为将来的联合破岩刀盘研究提供理论依据。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术上部行走导轨结构与水刀位置控制结构连接结构示意图。图3为本技术安装有保护结构的底座和试样装样结构的俯视结构示意图。...

【技术保护点】
1.喷射角度可调的水力破岩试验台，包括水刀工作结构(1)，试样装样结构(2)，底座(8)和机架(3)，所述机架(3)固定于所述底座(8)上；所述水刀工作结构(1)位于所述机架(3)上；所述试样装样结构(2)位于所述底座(8)上；其特征在于：所述水刀工作结构(1)包括水刀位置控制结构(4)和水刀部分(5)；所述水刀位置控制结构(4)用于调整水刀工作结构(1)到试样的距离；所述水刀部分(5)用于调整喷射角度、水力破岩；/n所述水刀部分(5)包括高压水通道(5.1)、伴随滚轮(5.2)和喷嘴(5.3)；/n所述高压水通道(5.1)有多个；多个所述高压水通道(5.1)互相形成一定角度；/n所述喷嘴(5.3)设于所述高压水通道(5.1)上、且位于所述伴随滚轮(5.2)之间。/n

【技术特征摘要】
1.喷射角度可调的水力破岩试验台，包括水刀工作结构(1)，试样装样结构(2)，底座(8)和机架(3)，所述机架(3)固定于所述底座(8)上；所述水刀工作结构(1)位于所述机架(3)上；所述试样装样结构(2)位于所述底座(8)上；其特征在于：所述水刀工作结构(1)包括水刀位置控制结构(4)和水刀部分(5)；所述水刀位置控制结构(4)用于调整水刀工作结构(1)到试样的距离；所述水刀部分(5)用于调整喷射角度、水力破岩；
所述水刀部分(5)包括高压水通道(5.1)、伴随滚轮(5.2)和喷嘴(5.3)；
所述高压水通道(5.1)有多个；多个所述高压水通道(5.1)互相形成一定角度；
所述喷嘴(5.3)设于所述高压水通道(5.1)上、且位于所述伴随滚轮(5.2)之间。


2.根据权利要求1所述的喷射角度可调的水力破岩试验台，其特征在于：所述水刀部分(5)固定在所述机架(3)上；所述水刀部分(5)有多组；多组所述水刀部分(5)呈间隔设置。


3.根据权利要求1或2所述的喷射角度可调的水力破岩试验台，其特征在于：所述试样装样结构(2)包括行走导轨(2.1)，油缸(2.2)和试样盒(2.3)；
所述行走导轨(2.1)包括导轨(2.11)和滑块(2.12)；所述导轨(2.11)铺设在所述底座(8)上；所述滑块(2.12)与所述导轨(2.11)滑动连接；所述滑块(2.12)固定在所述试样盒(2.3)下端。


4.根据权利要求3所述的喷射角度可调的水力破岩试验台，其特征在于：所述水刀位置控制结构(4)包括水刀左右控制轮(4.1)、水刀前后控制电机(4.2)、水刀升降结构(4.3)和水刀角度控制结构(4.4)；
所述水刀左右控制轮(4.1)和所述水刀前后控制电机(4.2)均位于所述机架(3)上；所述水刀左右控制轮(4.1)用于控制多组水刀部分(5)的左右运动；所述水刀前后控制电机(4.2)用于控制多组水刀部分(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：周辉，邱浩权，徐福通，卢景景，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：新型
国别省市：湖北;42