一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置。本发明专利技术属于TBM滚刀行为模拟的试验装置领域，尤其涉及一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置。本发明专利技术解决了现有技术中TBM在工作中刀具的失效，在掘进过程中需要更换刀具，更换刀具不仅工作量大而且存在危险的问题。本发明专利技术的方案：包括基座，基座上连接有导柱，导柱连接有移动架，基座和移动架之间固定设置有液压进给系统移动架连接有刀盘系统，刀盘系统上设置有刀具系统，基座连接有岩箱架，岩箱架连接有偏载油缸。本发明专利技术能够模拟刀盘的偏载工况，测得刀具的受力和磨损等情况，研究TBM刀盘偏载工况下的破岩和磨损机理规律，以便对滚刀的结构及工作参数进行相应改进，提高刀具破岩效率和寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置
本专利技术属于TBM滚刀行为模拟的试验装置领域，尤其涉及一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置。
技术介绍
TBM是大型的复杂设备，且对地质有很强针对性。地质条件的多样性，这导致了TBM的结构形式和性能参数的多样化。现有的数学和力学模型还难以准确地描述各个因素对刀具破岩效率的影响。且隧道施工现场环境恶劣，通过施工现场进行试验需要承担巨大的安全风险和经济代价。因此，搭建实验台进行室内模拟试验，全面深入地探究TBM刀具与岩土的相互作用过程，弄清楚TBM刀具磨损机制，建立盾构隧道掘进机刀具相关评价机制，具有重要的意义。目前，TBM(全断面硬岩掘进)掘进技术得到了快速发展，被广泛地应用于水利水电、交通、市政和国防等地下空间工程中。滚刀是TBM(TunnelBoringMachine，隧道掘进机)上切削破碎岩石的主要刀具，其破岩机理为跃进时冲击压碎岩石以及压下后剪切碾碎破岩。刀盘(301)上不同安装半径的滚刀的破岩机理和切削性能是不相同的。现有技术中，安装半径较大的滚刀破岩机理为刃底挤压破岩与刃侧剪切破岩相结合；安装半径小的滚刀，即中心滚刀同样存在刃底挤压破岩效应，但由于其安装半径较小，导致其刃侧会产生较为强烈的侧碾效应(刀刃靠近刀盘中心的一侧会碾压岩石)。刀具的失效，在掘进过程中需要更换刀具，更换刀具不仅工作量大而且存在危险，所以有必要对滚刀，特别是不同安装半径滚刀切割破碎岩土时刀具的载荷特性及岩土的破碎效果进行分析，以便对滚刀的结构及工作参数进行相应改进，延长滚刀的使用寿命。
技术实现思路
针对现有技术中TBM在工作中刀具的失效，在掘进过程中需要更换刀具，更换刀具不仅工作量大而且存在危险的问题，本专利技术提供一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置，其目的在于：能够模拟刀盘的偏载工况，测得刀具的受力和磨损等情况，研究TBM刀盘偏载工况下的破岩和磨损机理规律，以便对滚刀的结构及工作参数进行相应改进，提高刀具破岩效率和寿命。本专利技术采用的技术方案如下：一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置,包括基座，所述基座上设置有安装孔，所述基座上连接有导柱，所述导柱通过安装孔贯穿基座，所述导柱连接有移动架，所述基座和移动架之间固定设置有液压进给系统，所述移动架上固定连接有驱动系统，所述驱动系统连接有传动系统，所述传动系统连接有刀盘系统，所述刀盘系统上设置有刀具系统，所述基座连接有岩箱架，所述岩箱架内设置有岩箱系统，所述刀具系统与岩箱系统相配合，所述岩箱架连接有偏载油缸。采用了此方案，此装置由岩箱系统、刀具系统、刀盘系统、传动系统、移动架、驱动系统、液压进给系统、导柱、基座等组成；岩箱系统通过螺栓固定在基座相应位置，在实验时充当掌子面；刀盘系统与传动系统通过螺栓连接，为刀盘转动提供动力；导柱安装在基座开设的安装孔中，并与安装在移动架上的直线轴承配合导向和承受破岩时的反向转矩；液压进给系统通过螺栓分别与移动架和基座相连，提供刀具系统进给的动力，偏载油缸推动岩箱架绕底部销轴转动，实现岩样与垂直平面之间的夹角在-5°到5°之间调节，模拟TBM的偏载工况，以便对滚刀的结构及工作参数进行相应改进，提高刀具破岩效率和寿命。优选的，所述刀盘系统上设置有数组承载肋板，所述承载肋板上设置有T型槽，所述T型槽上固定连接有刀具系统。采用了此方案，刀盘系统上设置了承载肋板，承载肋板开设T型槽与T型螺栓配合，实现刀具系统安装半径和刀间距无级可调，能真实模拟不同安装半径和刀间距多刀联合破岩工况，此外本实验台有岩样围压岩箱系统，可以进行不同围压下的模拟实验。优选的，所述刀盘系统上设置有三组承载肋板，各个承载肋板之间的夹角为120°。采用了此方案，刀盘系统上通过螺栓固定了三组承载肋板，承载肋板上等距设置了数个通孔，刀具系统在通孔的位置通过螺栓固定，实现了刀具系统在刀盘系统上安装半径无级可调。优选的，所述刀具系统包括刀箱，所述刀箱内设置有刀具模块，所述刀箱上设置有压条，所述压条与刀具模块配合。采用了此方案，刀箱为上部开口的长方形箱子，刀箱在开口位置的两端通过螺栓固定了压条，刀具模块置于刀箱内部，刀具模块的转动轴被压条固定。优选的，所述刀箱包括刀箱主板和刀箱连接板，所述刀箱主板的两端设置有燕尾槽，所述刀箱连接板的两端设置有燕尾，所述燕尾槽与燕尾相配合，所述刀箱主板和刀箱连接板固定连接。采用了此方案，刀箱是由刀箱主板和刀箱连接板组成，刀箱主板的中部设置有凹槽，凹槽贯穿刀箱主板的两端，刀箱主板两端的侧壁的内侧设置了燕尾槽，刀箱主板的两端连接了刀箱连接板，刀箱连接板的两端设置了与燕尾槽匹配的燕尾，燕尾槽与燕尾匹配好时，通过螺栓固定，此方案可以对刀箱进行拆卸，在出现故障时可以方便对内部进行检修。优选的，所述液压进给系统为六个相同的液压缸，所述六个液压缸之间均匀设置。采用了此方案，六个液压缸的两端分别与基座和移动架通过螺栓连接，因为六个液压缸之间均匀设置，所以在工作过程中可以抵消偏载的负荷，避免移动系统憋死。优选的，所述岩箱架与偏载油缸的一端连接，所述偏载油缸的另一端连接基座，所述偏载油缸与岩箱架通过销连接Ⅰ连接，所述岩箱架与基座通过销连接Ⅱ连接。采用了此方案，偏载油缸推动岩箱架绕底部销轴转动，实现岩样与垂直平面之间的夹角在-5°到5°之间调节，模拟TBM的偏载工况，以便对滚刀的结构及工作参数进行相应改进，提高刀具破岩效率和寿命。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.偏载油缸推动岩箱架绕底部销轴转动，实现岩样与垂直平面之间的夹角在-5°到5°之间调节，模拟TBM的偏载工况，以便对滚刀的结构及工作参数进行相应改进，提高刀具破岩效率和寿命。2.刀盘系统上设置了承载肋板，承载肋板开设T型槽与T型螺栓配合，实现刀具系统安装半径和刀间距无级可调，能真实模拟不同安装半径和刀间距多刀联合破岩工况，此外本实验台有岩样围压岩箱系统，可以进行不同围压下的模拟实验。3.此方案可以对刀箱进行拆卸，在出现故障时可以方便对内部进行检修。4.六个液压缸的两端分别与基座和移动架通过螺栓连接，因为六个液压缸之间均匀设置，所以在工作过程中可以抵消偏载的负荷，避免移动系统憋死。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本专利技术的主视图。图2是本专利技术的俯视图。图3是本专利技术移动系统主视图。图4是本专利技术移动系统左视图。图5是本专利技术驱动系统主视图。图6是本专利技术驱动系统俯视图。图7是本专利技术普通岩箱系统主视图。图8是本专利技术围压岩箱系统主视图。图9是本专利技术岩箱架立体示意图。图10是本专利技术刀盘系统主视图。图11是本专利技术刀具系统立体示意图。图12是本专利技术刀箱系统立体示意图。图13是本专利技术液压进给系统液压缸示意图。图14是本专利技术偏载油缸连接示意图。图中标示：1-岩箱系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置,其特征在于，包括基座(9)，所述基座(9)上设置有安装孔，所述基座(9)上连接有导柱(8)，所述导柱(8)通过安装孔贯穿基座(9)，所述导柱(8)连接有移动架(5)，所述基座(9)和移动架(5)之间设置有液压进给系统(7)，所述移动架(5)上固定连接有驱动系统(6)，所述驱动系统(6)连接有传动系统(4)，所述传动系统(4)连接有刀盘系统(3)，所述刀盘系统(3)上设置有刀具系统(2)，所述基座(9)连接有岩箱架(11)，所述岩箱架(11)内设置有岩箱系统(1)，所述刀具系统(2)与岩箱系统(1)相配合，所述岩箱架(11)连接有偏载油缸(12)，所述刀盘系统(3)上设置有数组承载肋板，所述承载肋板上设置有T型槽，所述T型槽上固定连接有刀具系统(2)，所述刀盘系统(3)上设置有三组承载肋板，各个承载肋板之间两两夹角为120°。/n

【技术特征摘要】
1.一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置,其特征在于，包括基座(9)，所述基座(9)上设置有安装孔，所述基座(9)上连接有导柱(8)，所述导柱(8)通过安装孔贯穿基座(9)，所述导柱(8)连接有移动架(5)，所述基座(9)和移动架(5)之间设置有液压进给系统(7)，所述移动架(5)上固定连接有驱动系统(6)，所述驱动系统(6)连接有传动系统(4)，所述传动系统(4)连接有刀盘系统(3)，所述刀盘系统(3)上设置有刀具系统(2)，所述基座(9)连接有岩箱架(11)，所述岩箱架(11)内设置有岩箱系统(1)，所述刀具系统(2)与岩箱系统(1)相配合，所述岩箱架(11)连接有偏载油缸(12)，所述刀盘系统(3)上设置有数组承载肋板，所述承载肋板上设置有T型槽，所述T型槽上固定连接有刀具系统(2)，所述刀盘系统(3)上设置有三组承载肋板，各个承载肋板之间两两夹角为120°。


2.根据权利要求1所述的一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置,其特征在于，所述刀具系统(2)包括刀箱(201)，所述刀箱(201)内设...

【专利技术属性】
技术研发人员：段文军，章龙管，高旭东，匡腾蛟，周武夷，陈鑫，李才洪，罗红梅，莫继良，勾斌，周仲荣，
申请(专利权)人：中铁工程服务有限公司，西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川;51