[发明专利]一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试方法及其装置

说明书

本发明公开了一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试方法及其装置。其特征在于：采用一种刀座紧固装置，将被测刀座焊接在刀座紧固装置里一起固定在疲劳试验机内，疲劳试验机移动夹头上安装一个可调角度的楔形加载块，刀座上采用带球形受力块的刀轴来承受楔形加载块施加的可调力，模拟刀座承受交变式随机破岩载荷。具体结构是：被测刀座焊接在刀座紧固装置里，刀座紧固装置固定在疲劳试验机上，并位于可调角度楔形加载块的正下方；球形受力块通过刀轴固定在滚刀刀座上，可调角度楔形加载块为倾斜施力部件，上下直线运动，利用疲劳试验机的往复交变载荷和不同角度的楔形加载块对球形受力块产生大小可调的三向加载力。滚刀刀座各部件及螺栓通过安装应力应变传感器构成测试电桥，将滚刀刀座相应方向的应力应变信号输出。通过疲劳试验机对其进行疲劳试验可得到刀座及其各部件的疲劳损伤规律。

技术领域

本发明涉及一种用于盾构机/TBM滚刀刀座各部件应力分布规律及疲劳损伤规律研究的试验方法及其装置，具体设计一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试方法及其装置。

背景技术

盾构机/TBM是隧道专用掘进设备，广泛应用于地下交通、海底隧道、山体隧洞等重大工程之中。盾构机刀盘上安装的盘形滚刀主要通过挤压作用破碎岩石，由于地下和隧道工程施工中地质情况复杂多变，盘形滚刀破岩过程中常受到突变的载荷、冲击力作用，刀座上各结构承受剧烈的冲击与振动，易引起刀座结构开裂变形甚至压溃，螺栓松动甚至断裂，结构疲劳损坏等故障，对项目施工带来极大的不便。

目前在TBM施工过程中，隧洞独头掘进距离越来越长，最长已达40km以上，极易出现刀座结构的开裂变形甚至压溃，所以有必要对刀座各个部件进行疲劳应力测试。从实际的角度出发，定量的分析刀座各部件的应力分布及疲劳损伤规律，分析其造成压溃的原因，优化结构解决此类问题的发生。本发明的提出可对上述问题得到满意的解决。

发明内容

为解决刀座各部件应力应变分布规律及疲劳损伤规律的真实测试问题，本发明提供一种在实验室内进行盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试方法及其装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:

一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试方法及其装置，包括基座(3)、定位销钉(4)、销轴(5)、斜块(6)、球形受力块(7)、刀轴(8)、内刀座(9)、外刀座(10)、楔形块(11)、螺栓(12)、下压块(13)、上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)、下连接板(17)，构成如图一、图二所示。

本发明公开了一种盾构机/TBM滚刀刀座疲劳应力和寿命测试方法及其装置，其特征在于：刀座由内刀座(9)和外刀座(10)构成，被测刀座焊接在由上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)、下连接板(17)组成的刀座紧固装置里，可调角度的楔形加载块由基座(3)、定位销钉(4)、销轴(5)和斜块(6)构成，并位于刀座的正上方；球形受力块(7)通过刀轴(8)固定在滚刀刀座上，滚刀刀座中楔形块(11)、下压块(13)及螺栓(12)通过安装应力应变传感器构成测试电桥，可调角度的楔形加载块为倾斜施力部件，上下直线运动，利用疲劳试验机的往复交变载荷和不同角度的楔形加载块对球形受力块 (7)产生大小不同的三向加载力，将滚刀刀座相应方向的应力应变信号输出，并获得应力应变与斜块施加三向力的对应关系。

所述的滚刀刀座疲劳应力和寿命测试装置完全模拟刀座的受力环境，上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)的尺寸与盾构/TBM刀盘中刀箱的尺寸完全一致，被测内刀座(9)和外刀座(10)与上连接板(14)、侧板一(15)、侧板二(16)的焊接方式也与盾构/TBM刀盘中的焊接方式一致。