專利名稱：一種可調式多滾刀切削破巖試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于隧道工程、地下工程、引水工程領域的盾構掘進刀具的模擬切削 試驗裝置，尤其是涉及一種可調式多滾刀的破巖試驗裝置。
背景技術：
盤形滾刀是盾構機上破碎巖石的主要刀具，它的破巖機理是躍進時的沖擊壓碎巖石以 及壓下后剪切碾碎破巖。在不同的地質條件和不同工作參數下掘進時，刀具的磨損失效情 況有所不同。由于刀具的失效，要求在掘進過程中更換刀具，這個過程不僅工作量大而且 很危險，因此有必要對滾刀，尤其是多把盤形滾刀組合切割破碎巖土時刀具的載荷特性及 巖土的破碎效果進行分析，對滾刀的破巖機理進行深入研究，以便對盤形滾刀的結構和工 作參數進行相應改進，延長滾刀的切削壽命。為此發明了這種多滾刀直線切削試驗臺。
目前美國科羅拉多礦業學院、國內上海交通大學、東北工學院等高等院校對單刀切削 巖石進行了研究。科羅拉多礦業學院制作了線性切割試驗臺(Linear Cutting Machine),東 北工學院研制了自己的巖石破碎試驗臺，但他們的試驗臺僅限于對單把滾刀切削破碎巖石 時的性能進行研究，而不能對多滾刀，尤其是盾構刀盤上多滾刀組成的刀群的切削特性進 行研究。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可調式多滾刀切削破巖試驗裝置，能夠實現多把盤形滾刀 的安裝，模擬盤形滾刀切削巖石的狀況，測得滾刀的受力狀況，研究盤形滾刀的破巖機理， 以提高盤形滾刀的切削壽命。
本發明主要是通過以下方案實現的，本發明主要包括橫梁、垂直液壓缸、立柱、滾刀 安裝架、滾刀底座、盤形滾刀、三向力傳感器、滾刀座、土倉、巖土試樣、橫移液壓缸、 土倉支撐座、導軌和測試系統等。土倉支撐座放置在一縱向的導軌上，其一側連接一固定 在地基上的液壓缸，這個液壓缸可驅動土倉支撐座縱向運動；土倉放置在土倉支撐座上， 土倉連接兩個固定在土倉支撐座上的橫移液壓缸，這個液壓缸驅動土倉在水平面內橫向運 動，土倉內放有模擬切削用的巖土試樣；土倉兩側垂直布置四根立柱，立柱頂端固定有兩 根橫梁，形成一矩形框架結構；橫梁下方固定兩個垂直運動驅動液壓缸，兩個液壓缸下方 是由其同步驅動的刀具安裝架，用于實現最多3把盤形滾刀的固定，安裝架下面安裝三向 力傳感器，盤形滾刀連接在三向力傳感器的下方的滾刀座上。試驗臺附帶有計算機測控系 統，該系統采用研華工控機和研華數據采集卡，并配有壓力傳感器、流量傳感器、速度傳
感器等組件，采用VB編寫數據采集與處理軟件，在線實時測量切削過程中的各類相關參數，同時采用高速數字攝像系統記錄滾刀破巖過程。
所述的五個液壓缸，可實現土倉在縱向，橫向進給運動以及滾刀在垂直方向的進給運 動，從而實現整個裝置在三個方向的運動。
所述的同一側的兩個立柱，與滾刀安裝架配合，對滾刀安裝架起導向作用，同時防止 垂直方向的液壓缸受到彎矩的作用。
所述的滾刀安裝架的數量可以改變，實現最多3把盤形滾刀的固定與布置。
所述的盤形滾刀間的距離在40mm 120mm之間可調。
本發明裝置簡單、靈活多變、可重復使用，能實現最多3把盤形滾刀模擬切削巖石的 實驗，并且刀間距可以在40mm 120mm之間任意調整，整個實驗直觀準確，可以直接獲得 盤形滾刀在切削過程中的三向力載荷數據，并可觀察到滾刀破巖過程中巖石破裂特征，為 研究滾刀破巖機理和改進滾刀結構以延長盤形滾刀切削壽命提供依據。
圖1為滾刀切削性能測試試驗臺主視圖； 圖2為滾刀切削性能測試試驗臺左視圖； 圖3為滾刀切削性能測試試驗臺A-A俯視圖。
具體實施例方式
如圖所示，本發明主要由橫梁l、垂直液壓缸2、立柱3、滾刀安裝架4和7、滾刀底 座5、連接螺桿6、螺母8、三向力傳感器9、螺栓IO、滾刀座ll、盤形滾刀12、巖土試樣 13、 土倉14、橫移液壓缸15、 土倉支撐座16、滾輪17、導軌18、縱移液壓缸19、縱移液 壓缸固定底座20等組成，土倉支撐座16放置在一縱向的導軌18上，其前端連接一固定在 地上的縱移液壓缸19，縱移液壓缸19驅動土倉支撐座16在縱向的運動。土倉14放置在土 倉支撐座16的凹槽內，土倉14的一側連接在一固定在土倉支撐座16上的橫移液壓缸15， 這個液壓缸可驅動土倉14在水平面內橫向運動，土倉14內放有模擬切削用的巖土試樣13。 土倉14兩側垂直布置四根立柱3，立柱3頂端固定兩根橫梁1，形成一矩形框架結構，橫 梁1下方固定有兩個垂直液壓缸2，主要用來驅動盤形滾刀12在垂直方向的運動。垂直液 壓缸2下方連有滾刀安裝架4和7，滾刀固定架4和7可用螺栓6、螺母8連接實現最多三 把盤形滾刀12的固定，并在其中間裝有三向力傳感器9，盤形滾刀12連接在三向力傳感器 9的下方的滾刀座11上。
具體工作過程是
工作時先用縱移液壓缸19將土倉14推出橫梁1的范圍以外，從而將巖土試樣13放入 土倉14內，然后將土倉14拉回；同時此時垂直液壓缸2向下進給，給盤形滾刀12—個垂直推進力，使盤形滾刀12能夠壓入巖土試樣13，并且使縱移液壓缸19同時收回或者伸出， 產生縱向進給速度，并使盤形滾刀12能夠自轉，模擬盾構刀盤上盤形滾刀12的實際切削 狀況，同時數據采集卡通過裝在滾刀座11上的三向力傳感器9實時地獲取盤形滾刀12上 的所受的三向力情況，加速度傳感器測出盤形滾刀12的振動特性，并在數據處理軟件中進 行處理，實時獲取盤形滾刀12的受力狀況參數；通過高速數字攝像系統記錄盤形滾刀12 破碎巖石的微觀特征。當完成一次切削后，可以驅動橫移液壓缸15使土倉14在橫向推進 一定的距離，從而實現盤形滾刀12在土倉14內能夠多次切削。
權利要求
1、一種可調式多滾刀切削破巖試驗裝置，其特征在于由橫梁(1)、垂直液壓缸(2)、立柱(3)、滾刀安裝架(4、7)、滾刀底座(5)、盤形滾刀(12)、三向力傳感器(9)、滾刀座(11)、土倉(14)、巖土試樣(13)、橫移液壓缸(15)、土倉支撐座(16)、導軌(18)和測試系統組成，導軌(18)上放置有一土倉支撐座(16)，土倉支撐座(16)連接一固定在地上的縱移液壓缸(19)，縱移液壓缸(19)實現土倉(14)縱向方向上的進給運動；土倉(14)放置在土倉支撐座(16)上，土倉(14)內放有模擬切削用的巖土試樣(13)；土倉(14)連接兩個固定在土倉支撐座(16)上的橫移液壓缸(15)，橫移液壓缸(15)實現土倉(14)水平面內橫向方向上的進給運動；土倉(14)兩側垂直布置四根立柱(3)，立柱(3)頂端固定著兩根橫梁(1)，形成一矩形框架結構；橫梁(1)下方固定兩個同步垂直運動的垂直液壓缸(2)，實現盤形滾刀(12)垂直方向上進給運動；垂直液壓缸(2)下方裝有滾刀安裝架(4、7)，用于實現最多三把盤形滾刀(12)的固定，安裝架下面安裝有三向力傳感器(9)，盤形滾刀(12)連接在三向力傳感器(9)下方的滾刀座(11)上，試驗臺采用工控機、數據采集卡、壓力流量傳感器、高速數字攝像系統來測試刀具破巖載荷、巖土破碎特性。
2、 根據權利要求l所述的可調式多滾刀線性切削性能測試試驗臺，其特征在于所述的同 一側的兩個立柱(3)與滾刀安裝架(4、 7)配合，對滾刀安裝架(4、 7)起導向作用， 同時防止垂直液壓缸(2)受到扭矩的作用。
3、 根據權利要求l所述的可調式多滾刀線性切削性能測試試驗臺，其特征在于所述的滾 刀安裝架(4、 7)的數量能改變，實現多把盤形滾刀(12)的安裝。
4、 根據權利要求l所述的可調式多滾刀線性切削性能測試試驗臺，其特征在于相鄰兩把 盤形滾刀(12)間的距離在40mm 120mm可調。
全文摘要
本發明涉及一種用于隧道工程領域的可調式多滾刀破巖研究的試驗裝置。其特征在于土倉支撐座放置在導軌上，由縱移液壓缸實現縱向運動；土倉放置在土倉支撐座上，由固定在土倉支撐座上的橫移液壓缸實現橫向運動，土倉內放有巖土試樣。土倉兩側垂直布置四根立柱，頂端固定有橫梁，形成一矩形框架結構。橫梁下方固定兩個同步運動的垂直液壓缸，用于實現盤形滾刀的垂直進給，垂直液壓缸下面連接滾刀安裝架，用于實現多把盤形滾刀的固定；安裝架下面裝有三向力傳感器，盤形滾刀連接在三向力傳感器下方的滾刀座上，采用工控機、數據采集卡、壓力流量等各種傳感器、高速數字攝像系統等來測試盤形滾刀破巖載荷、巖土破碎特性。
文檔編號G01N3/58GK101446537SQ20081014355
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月10日 優先權日2008年11月10日
發明者周喜溫, 周子龍, 夏毅敏, 李夕兵, 青 譚, 趙伏軍 申請人:中南大學