[发明专利]用于隧道掘进机刀具破岩机理模态研究的试验平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验平台，尤其涉及一种全断面隧道掘进机(含TBM及盾构)刀盘刀具系统破岩机理研究的试验平台。

背景技术

全断面隧道掘进机作为地下工程的重要施工装备与地质的适应性息息相关，隧道工程的安全与快速施工依赖于刀盘刀具系统的整体高效破岩，实践中，对从刀盘刀具的工作原理、岩体的破裂形式、岩体破碎后的运动方式等方面对刀盘刀具的整体高效破岩机理缺乏深入研究，由于缺乏理论指导，造成刀盘刀具设计的不合理，造成实践中刀盘刀具的非正常磨损，造成地表坍塌和房屋开裂等系列事故，造成人力物力资源的浪费。

发明内容

本发明的试验平台能通过更换不同形式的刀具，形成不同刀具组合的破岩模态试验平台，从刀盘刀具的工作原理、岩体的破裂形式、岩体破碎后的运动方式等方面对刀盘刀具的整体高效破岩机理进行深入研究，将解决刀盘刀具与围岩耦合作用规律及破岩机理的科学问题，为隧道掘进机刀盘刀具的数字化设计提供关键理论依据与技术保障。该试验平台结构简单，操作方便。

本发明的试验平台通过以下技术方案实现：

一种用于隧道掘进机刀具破岩机理模态研究的试验平台，包括台架、框架、伺服电机、液压油缸、减速机、下落架、旋转架、刀架、刀具、夹具、岩箱；其中，框架固定在台架上，伺服电机、减速机、液压油缸固定在框架内；伺服电机连接减速机，减速机连接旋转架，减速机由伺服电机驱动，旋转架通过伺服电机由减速机驱动；液压油缸连接下落架，下落架由液压油缸驱动，下落架与导向柱连接；刀架安装在旋转架上，刀具安装在刀架上的夹具上，岩箱固定在台架上并置于刀具下方；所述试验平台采用PC机控制。

其中，所述刀架通过螺栓安装在旋转架上，所述刀具通过螺栓安装在刀架上的夹具上。

其中，所述岩箱通过螺栓与台架固定连接。

其中，所述台架为桁架式龙门。

其中，所述下落架与导向柱之间安装有无油轴承。

其中，所述液压油缸的驱动采用比例换向阀控制。

其中，所述液压油缸安装有分流阀。

其中，所述液压油缸的数量为四个且呈菱形分布。

其中，所述框架和/或台架为矩形和/或方形。

下落架的上升下落工作通过控制，可以分工进和快进两种模式；刀架的旋转半径可以调节，旋转架的转速可以调节，转速变速范围为0-7.1r/min，可以准确模拟刀具在工进过程中各种速度。

所述试验平台可以采用电液伺服装置和变频伺服电动马达作为动力源，试验刀具采用隧道掘进机实际施工中的通用滚刀模拟隧道掘进机纯掘进刀盘掘进力矩及推进力，进行硬岩滚刀破岩模态试验，或通过更换成软土切刀进行切刀剪切模态试验，或通过更换成撕裂刀进行撕裂刀冲击破岩模态试验。通过更换台架上的刀座和刀具和调整刀间距，实现隧道掘进机硬岩掘进滚刀滚压破岩原理台架试验、软土掘进切刀剪切切削原理及撕裂刀冲击破岩原理台架试验，为隧道掘进机的破岩基础理论研究提供试验装置，有利于建立具有地质适应性的刀盘刀具设计理论，为刀盘刀具数字化设计提供理论依据。

通过所述试验平台，可以实现如下试验：

1、岩土可掘性实验：在岩样不定的情况下，刀盘转速一定，正压力负载线性增加，若刀具压入岩的最大侵深能满足预定侵深(一般预定侵深为2.5mm)，则岩土可掘。

2、刀架正推力实验：在岩样一定情况下，刀架转速在预定转速下，得到正推力与刀具压入岩石侵深的关系。

3、刀架扭矩实验：在岩样一定，正推力为预定刀具压入岩土侵深推力情况下，得到刀架扭矩与转速的关系。

4、岩石破岩角(或软土剪切角)实验：在岩样一定，测定岩石破坏破岩角(软土破坏剪切角)。

5、合理刀间距实验：根据测定岩石破坏破岩角(软土破坏剪切角)，进行合理刀间距验证实验。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中：1：伺服电机；2：液压油缸；3：减速机；4：框架；5：下落架；

6：旋转架；7：刀架；8：刀具；9：岩箱；10、导向柱；11、台架。

具体实施方式

下面结合本发明实施实例做详细说明：本实例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述实例。

实施例1：