本发明专利技术公开了一种基于振动冲击与滚刀滚压的高效破岩掘进试验装置及方法，其底座用于岩石样本的固定放置，载荷系统的载荷架体升降自由的设置底座正上方，冲击动力部件设置在中层架上，配重件设置在下层架外端附近；滚刀系统的滚刀架体设置在载荷架体下方，其支撑架与旋转动力部件连接，正刀架通过连接座连接在支撑架底部，正刀杆分别串联布置有多个正滚刀单元；边刀架可拆卸的设置在各连接座外，边刀杆斜向上朝外伸出并串联布置有多个边滚刀单元。所提供的装置，通过载荷系统向滚刀系统施加固定载荷及往复冲击载荷，以实现高效破岩掘进试验，并且便于正滚刀单元和边滚刀单元组装配合，适用于硬岩掘进设备研发及硬岩掘进工艺优化的工作。化的工作。化的工作。
【技术实现步骤摘要】
一种基于振动冲击与滚刀滚压的高效破岩掘进试验装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种破岩掘进试验装置及方法，尤其涉及一种基于振动冲击与滚刀滚压的高效破岩掘进试验方法。
技术介绍
[0002]全断面隧道掘进机(英文名：Tunnel Boring Machine，缩写为TBM),利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩，广泛用于铁路、水电、地铁等需要穿越岩层的隧道工程。刀盘刀具破岩技术是TBM技术的核心，现有的TBM刀盘刀具存在对于硬岩破岩的效率较低的问题，为了掌握滚适应于硬岩破岩的核心技术，需要开发专用的试验设备在实验室内准确模拟刀盘刀具的硬岩破岩过程。
[0003]目前，缺少基于振动冲击、滚刀滚压复合作用下进行硬岩破岩掘进的试验装置。行业内技术人员开发了多种类型的试验设备进行破岩掘进试验，但是现有的试验装置存在如下技术不足：(一)仅具有向刀盘刀具施加固定正压力载荷的功能，而不具备施加振动冲击载荷的功能，不适合于进行冲击载荷、滚刀滚压复合作用下的硬岩破岩的试验研究；(二)仅仅适合于成熟的TMB刀盘，存在滚刀不便于拆卸安装、组合搭配等问题，不适合于进行新型刀盘刀具的研制开发工作。
技术实现思路
[0004]基于上述问题，本专利技术提供了一种基于振动冲击与滚刀滚压的高效破岩掘进试验装置，以适合于在冲击载荷和固定正压力复合作用下的刀盘刀具进行硬岩破岩的试验研究、并适合于硬岩破岩的刀盘刀具的研制开发。
[0005]为了达到上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于振动冲击与滚刀滚压的高效破岩掘进试验装置，包括底座、载荷系统和滚刀系统；所述底座用于岩石样本的固定放置，底座外周阵列设置有向上延伸的竖向导轨；所述载荷系统包括载荷架体、冲击动力单元和固定载荷单元，所述载荷架体设置在所述底座正上方并与所述竖向导轨滑动配合，所述载荷架体包括竖向间隔设置的上层架、中层架和下层架；所述上层架设置有用于连接起吊装置的挂杆；所述冲击动力部件设置在所述中层架的中心位置并用于向所述载荷架体输出竖向冲击载；所述固定载荷单元包括数量可调的配重件，各所述配重件均布设置所述下层架外周附近；所述滚刀系统包括滚刀架体、正滚刀单元和边滚刀单元，所述滚刀架体设置在所述载荷架下方，包括支撑架、正刀架和边刀架；所述支撑架绕竖向中心轴转动的设置在所述下层架底部中心，所述下层架设置有与所述支撑架驱动连接的旋转动力部件，所述支撑架的下端附近呈辐射状连接有多个斜向下朝外延伸的斜向连杆；所述正刀架设置在所述支撑架底部，所述正刀架包括中心座和正刀杆，所述正刀杆包括多个并呈辐射状连接在中心座外，各所述正刀杆外端分别通过连接座与所述斜向连杆下端可拆卸的连接；各所述正刀杆分别串联布置有多个所述正滚刀单元，各所述正滚刀单元分别可拆卸的安装在所述正刀
杆上；所述边刀架包括多个并分别设置在各所述连接座外侧，所述边刀架包括边刀座和边刀杆，所述边刀座与所述连接座可拆卸连接，所述边刀杆设置在所述边刀座外侧并斜向上朝外伸出，各所述边刀杆上分别串联布置有至少一个所述边滚刀单元，所述边滚刀单元分别可拆卸的安装在所述边刀杆上。
[0006]可选地，所述下层架延伸于所述上层架和中层架的外侧，所述下层架的外端设置有与所述竖向导轨滑动配合的导套，所述配重件设置在所述下层架的外端附近。
[0007]可选地，所述配重件为砝码，所述下层架设置有上端带有螺纹的立柱，所述砝码数量可调的套装在所述立柱上并通过与螺纹配合的螺母件锁定。
[0008]可选地，所述冲击动力部件的壳体与所述中层架固定连接，所述壳体内设置有通过动力驱动而能够竖向往复冲击运动作的活塞件，以通过所述活塞件的往复动作向载荷架体输出竖向振动载荷。
[0009]可选地，所述连接座包括可拆卸连接的上座和下座，所述上座固定连接在所述斜向支杆下端，所述正刀杆的外端通过所述上座和下座夹紧固定。
[0010]可选地，所述正滚刀单元包括正滚刀、轴向轴承件和径向轴承件，所述轴向轴承件用于承载正滚刀的轴向载荷，所述径向轴承件用于承载正滚刀的径向载荷。
[0011]可选地，所述边滚刀单元包括边滚刀、轴向轴承件和径向轴承件，所述轴向轴承件用于承载边滚刀的轴向载荷，所述径向轴承件用于承载边滚刀的径向载荷。
[0012]可选地，所述正滚刀/边滚刀内侧设置有刀套筒，所述径向轴承件的外圈与所述刀套筒内径支撑连接而内圈与正刀杆/边刀杆支撑连接，所述轴向轴承件的外圈与所述刀套筒端部支撑连接而内圈通过设置在所述正刀杆/边滚刀端部的支撑件支撑连接。
[0013]可选地，所述支撑件分别可拆卸的安装在所述正刀杆/边滚刀端部附近。
[0014]为了达到上述目的，第二方面，本专利技术提供了一种基于振动冲击与滚刀滚压的高效破岩掘进试验方法，包括步骤：
[0015]S1，起吊装置通过挂杆升起载荷架及滚刀架，将岩石样本固定在底座上；
[0016]S2，调整配重件数量至预定正压力，起吊装置通过挂杆下放载荷架及滚刀架；
[0017]S3，旋转驱动部件驱动滚刀架转动，正滚刀和边滚刀对岩石样本进行滚压，上架沿竖向导轨下降；期间冲击动力部件向载荷架施加竖向的冲击载荷，所述冲击载荷通过载荷架、滚刀架传递至正滚刀和边滚刀，实现载荷冲击条件下对岩石样本的滚压试验。
[0018]S4，辊压完成后，起吊装置通过挂杆升起载荷架及滚刀架，使得正滚刀和边滚刀离开岩石样本。
[0019]相比较现有的技术，本专利技术的技术优势体现在：所提供的试验装置设置了上下连接布置的载荷系统和滚刀系统，载荷系统设置了数量可调的配重件和冲击动力部件，实现固定正压载荷和冲击载荷的耦合并传递至滚刀系统，滚刀系统通过旋转动力部件驱动正滚刀和边滚刀转动，从而高度模拟刀盘刀具进行硬岩破岩掘进过程，适合于刀具刀盘硬岩破岩的技术研究、工艺开发，并且实验装置的正滚刀单元和边滚刀单元拆卸安装方便，能够实现不同组合搭配，适合于在冲击载荷和固定正压力复合作用下的刀盘刀具进行硬岩破岩的试验研究，适合于硬岩破岩的刀盘刀具的研制开发。
附图说明
[0020]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0021]图1是本专利技术提供的基于振动冲击与滚刀滚压的高效破岩掘进试验装置。
[0022]图2是安装有空气振动器和电机的载荷架体的结构示意图。
[0023]图3是电机与支撑架连接的结构示意图。
[0024]图4是支撑架的结构示意图。
[0025]图5是支撑座与正刀架连接的结构示意图。
[0026]图6是下座的结构示意图。
[0027]图7是正刀架的结构示意图。
[0028]图8是正滚刀的结构示意图。
[0029]图9是刀套筒的结构示意图。
[0030]图10是刀套筒与推理球轴承、深沟球轴承连接后的结构示意图。
[0031]图11是正滚刀与刀套筒、深沟球轴承连接后的结构示意图。
[0032]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于振动冲击与滚刀滚压的高效破岩掘进试验装置，其特征在于：包括底座(1)、载荷系统和滚刀系统；所述底座(1)用于岩石样本(9)的固定放置，底座外周阵列设置有向上延伸的竖向导轨；所述载荷系统包括载荷架体(2)、冲击动力单元和固定载荷单元，所述载荷架体设置在所述底座(1)正上方并与所述竖向导轨滑动配合，所述载荷架体包括竖向间隔设置的上层架(21)、中层架(22)和下层架(23)；所述上层架(21)设置有用于连接起吊装置的挂杆(26)；所述冲击动力部件(3)设置在所述中层架(22)的中心位置并用于向所述载荷架体(2)输出竖向冲击载；所述固定载荷单元包括数量可调的配重件(4)，各所述配重件均布设置所述下层架(23)外周附近；所述滚刀系统包括滚刀架体、正滚刀单元(70)和边滚刀单元(80)，所述滚刀架体设置在所述载荷架下方，包括支撑架(6)、正刀架和边刀架；所述支撑架(6)绕竖向中心轴转动的设置在所述下层架(23)底部中心，所述下层架(23)设置有与所述支撑架(6)驱动连接的旋转动力部件(5)，所述支撑架的下端附近呈辐射状连接有多个斜向下朝外延伸的斜向连杆(63)；所述正刀架设置在所述支撑架(6)底部，所述正刀架包括中心座(71)和正刀杆(72)，所述正刀杆(72)包括多个并呈辐射状连接在中心座外，各所述正刀杆(72)外端分别通过连接座与所述斜向连杆(63)下端可拆卸的连接；各所述正刀杆分别串联布置有多个所述正滚刀单元(70)，各所述正滚刀单元(70)分别可拆卸的安装在所述正刀杆(72)上；所述边刀架包括多个并分别设置在各所述连接座外侧，所述边刀架包括边刀座和边刀杆(82)，所述边刀座与所述连接座可拆卸连接，所述边刀杆设置在所述边刀座外侧并斜向上朝外伸出，各所述边刀杆上分别串联布置有至少一个所述边滚刀单元(80)，所述边滚刀单元分别可拆卸的安装在所述边刀杆(82)上。2.根据权利要求1所述的基于振动冲击与滚刀滚压的高效破岩掘进试验装置，其特征在于：所述下层架(23)延伸于所述上层架(21)和中层架(22)的外侧，所述下层架的外端设置有与所述竖向导轨滑动配合的导套(24)，所述配重件(4)设置在所述下层架(23)的外端附近。3.根据权利要求1或2所述的基于振动冲击与滚刀滚压的高效破岩掘进试验装置，其特征在于：所述配重件(4)为砝码，所述下层架(23)设置有上端带有螺纹的立柱(25)，所述砝码数量可调的套装在所述立柱上并通过与螺纹配合的螺母件锁定。4.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王灿林，王立川，冀国栋，陈典华，岳长城，章慧健，耿麒，邹宇，
申请(专利权)人：中铁十八局集团市政工程有限公司西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。