[发明专利]一种复杂地层盾构刀具掘进磨损系数测试装置

说明书

技术领域

本发明属于土木工程专用测试仪器领域，涉及一种复杂地层盾构刀具掘进磨损系数测试装置。

背景技术

盾构机在含砂层、圆砾层、卵石层等土石混合地层中掘进施工时，由于盾构机的刀盘和刀具不断与土体颗粒发生摩擦碰撞，导致盾构设备切削刀具等易磨损部件发生损坏，经常出现刀具过度磨损而导致盾构机停机、轴承损坏等严重的设备失效事故。目前，国际上测量盾构刀具磨损方法和装置，根据切削土体类型的不同，可分为适用于硬岩和软土两种磨损性试验测试装置。由于我国90％的城市盾构隧道都在土石混合地层中穿越，国外现有的测试岩石磨损性的试验在我国不适用，同时，由于我国穿越复杂土层(含砂层、圆砾层、卵石层等约占20％)与国外土层(主要为可塑～硬塑的粘性土)性质存在很大差异，因此，需要设计一套适合我国土层条件的盾构刀具磨损性能测试试验仪器，并考虑工程建设现状条件研制新型的仪器设备以提升其测试功能。本发明研发的试验装置可进行双轨道、多刀具、模拟实际工况的变载或偏心试验，弥补了目前国际上现有试验测试装置存在的局限和问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测试粒径小于4mm的砂土混合地层对盾构掘进刀具磨损性能的复杂地层盾构刀具掘进磨损系数测试装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种复杂地层盾构刀具掘进磨损系数测试装置，由机柜、仪器平台、驱动电机、磨盘、加载组件、供料组件、吸土组件和电控组件构成；

所述的仪器平台位于机柜内，在仪器平台上放置磨盘、加载组件及电控组件；

所述的驱动电机设置在仪器平台的下方并带动磨盘转动；

所述的供料组件设置在磨盘的上方；

所述的吸土组件设置在最下方。

所述的磨盘由一圆形不锈钢钢板车削而成，在磨盘上设置了两个磨盘轨道，轨道周围刻有标准刻度，由于盾构刀具的掘进行程随其安装位置的切削半径变化，因此，设计的多轨道可模拟实际工程中盾构设备刀具掘进切削行程。

所述的磨盘底部中心经拨插式联轴器与驱动电机连接，控制磨盘转速在1rpm～30rpm。

所述的磨盘轨道的底部为锯齿状，磨盘轨道内填充2～3层粒径小于4mm的砾石和/或粉土的土体测试材料，保证试验刀具取样钢针前端始终与土体接触并发生直接摩擦，并且不与磨盘轨道发生接触。

所述的机柜的前面、左侧和右侧采用封闭式不锈钢钢片，后面采用半封闭式不锈钢钢片，目的是确保箱内的驱动电机在试验过程中能充分散热降温，也是机柜箱内吸尘器吸管由机柜内深入磨盘轨道的通道。机柜的箱门为对开双门结构，机柜的作用一是提供试验平台，二是保证用电安全，驱动电机和附属设备均置于机柜壳内，三是防尘、防水，保障试验的顺利开展。

仪器平台采用Q235钢，由四个平台框架与一块方形钢板焊接而成用于放置磨盘、固定加载竖杆以及为其上部部件(磨盘、供料漏斗)提供足够的试验荷载加载支撑，仪器平台每根框架下部焊接四个垫脚，以增加仪器支架及机柜壳的稳定性；

该仪器平台桌面中心位置开一个孔，上部放置的磨盘的连轴盖穿过孔与机柜内的电机轴承用拨插式联轴器相连，该拨插式联轴器1的2个拨插间距为120mm。

所述的电控组件为嵌设在仪器平台上的自动数显装置，该装置上设有电源开关键、调速键、暂停键，数显装置上部为驱动电机频数电子显示屏。

所述的驱动电机为经电控组件控制的变速电机，通过拨插式联轴器直接带动磨盘转动。

所述的加载组件由加载竖杆、加载梁、不锈钢横梁、杠杆和砝码组成，

所述的加载竖杆为方形钢管，对称布置在磨盘的两侧，加载竖杆底部焊接一个钢垫板，该钢垫板的四角与仪器平台相连，

所述的加载梁由两根矩形方管组装而成，两端与加载竖杆焊接，两根方管之间设有放置试验刀具钢针的间隙，加载梁上方放置一个弹簧，用于限制试验钢针的位移，使试验钢针处于悬空状态，避免试验钢针在受力后直接掉进磨盘中，

在加载竖杆顶端焊接端带小孔的不锈钢块体，将不锈钢横梁套入小孔内并与加载梁固定，避免加载过重导致杠杆翻转，

所述的杠杆上悬吊荷载砝码。

所述的供料组件包括三根不锈钢钢梁和两个供料漏斗；

所述的该钢梁一端与加载梁垂直焊接固定，另一端悬空，与加载梁组成悬臂结构，

所述的供料漏斗为不锈钢材质，在其底端焊接两个弯曲的不锈钢薄片，不锈钢薄片的另一端与钢梁焊接，供料漏斗开设有一弧形小孔，控制供料容量。