[发明专利]一种用于硬质土层的盾构刀具磨损实验装置及使用方法

权利要求书

1.一种用于硬质土层的盾构刀具磨损实验装置，其特征在于，包括实验箱，所述实验箱内设置有土样和动力轴，所述土样为天然硬质土或加入调节剂的条件硬质土，所述动力轴沿竖向设置于实验箱内，且在动力轴上设置有刀具载体，所述刀具载体上设置有实验刀具，所述动力轴带动刀具载体在土样中旋转及上下移动，所述动力轴上还设置有扭矩传感器。

2.根据权利要求1所述的用于硬质土层的盾构刀具磨损实验装置，其特征在于，所述实验箱为筒状结构，且实验箱下部设置有支撑座。

3.根据权利要求1所述的用于硬质土层的盾构刀具磨损实验装置，其特征在于，所述调节剂为聚泡剂。

4.根据权利要求1所述的用于硬质土层的盾构刀具磨损实验装置，其特征在于，所述扭矩传感器为数字式扭矩传感器。

5.根据权利要求1所述的用于硬质土层的盾构刀具磨损实验装置，其特征在于，所述实验刀具包括M5级硬质合金刀具和160HV的常规钢刀具。

6.一种如权利要求1-5之一所述的用于硬质土层的盾构刀具磨损实验装置使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、准备硬质土土样，若进行条件硬质土试验，则在硬质土中加入调节剂和水并进行混合搅拌均匀；

b、测量实验刀具的质量及其边缘轮廓的长度，并将实验刀具安装在刀具载体上；

c、将土样填装在实验箱中，然后将刀具载体安装在动力轴上，并安装连接扭矩传感器；

d、动力轴带动刀具载体在土样中旋转并上下移动进行磨损实验。

7.根据权利要求6所述的用于硬质土层的盾构刀具磨损实验装置使用方法，其特征在于，所述步骤d中的磨损实验包括以下步骤：

①刀具载体从土样表面开始旋转15s；

②刀具载体向下移动到距土样表面90mm的位置，移动速度约为1.3mm/s；

③然后刀具载体在步骤②中的位置旋转约180s；

④刀具载体向上移动，移动速度约为1.3mm/s；

⑤当刀具载体到达土样表面时，立即重复步骤②、③和④进行第二轮；

⑥在第二轮之后，重复步骤②和③，然后在刀具载体完全嵌入土样后停止实验。

8.根据权利要求7所述的用于硬质土层的盾构刀具磨损实验装置使用方法，其特征在于，采用视频显微镜观察磨损实验后刀具刃口的图像以显示刀具磨损后的几何变化。

9.根据权利要求8所述的用于硬质土层的盾构刀具磨损实验装置使用方法，其特征在于，采用轮廓仪测量实验刀具轮廓，对刀具边缘进行定量分析，并对比原始的几何图形和磨损后的几何图形，得到刀具体积损失。

10.根据权利要求9所述的用于硬质土层的盾构刀具磨损实验装置使用方法，其特征在于，根据磨损实验后的刀具轮廓测量曲率半径。