[发明专利]一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置及其工作方法

说明书

本发明涉及一种滚刀破岩室内模拟试验装置，具体指一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置及其工作方法，所述滚刀破岩试验装置包括立式压力机、滚刀装置、导轨装置、移动岩样装置、连接装置、传感元件和监控设备；传感元件设置在滚刀装置的正上方，滚刀装置通过连接装置与液压装置固连，导轨装置设置在立式压力机的基座上表面，移动岩样装置连接导轨装置并可沿水平导轨滑动；本发明充分利用了立式压力机原有的结构，加装滚刀装置、导轨装置、移动岩样装置、连接装置和传感元件，组成滚刀破岩试验装置，在垂直液压缸和水平液压缸的驱动下，滚刀装置与移动岩样装置之间的活动行程逐渐缩小并实现滚刀破岩过程的模拟，大幅度降低了实验装置的成本。

技术领域

本发明涉及一种滚刀破岩室内模拟试验装置，具体指一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置及其工作方法。

背景技术

目前，随着对地下空间的开发利用，全断面掘进机广泛应用于地下工程及隧道的掘进施工中，盘形滚刀是全断面掘进机TBM刀盘上的关键构件，在隧道掘进过程中，主要依靠其进行岩土及砂岩的切削，隧道掘进过程中，盘形滚刀的工作环境极为恶劣，需要承受荷载冲击以及剧烈摩擦，工程实例表明，工作中盘形滚刀易发生断裂、偏磨及崩圈的现象，因此，其工作效率直接决定了隧道全断面掘进机的工作质量及效率，可见，对盘形滚刀的破岩机理以及影响破岩效率的主要因素的研究对掘进技术的发展意义重大，而室内试验是最为有效的研究方法之一；现有的滚刀破岩试验设备可通过模拟滚刀破岩过程，并进行滚刀三向应力：刀间距、贯入度、磨损情况等参数的控制与测定，现有的滚刀破岩试验设备一般包括竖向、水平液压系统、导轨、工作台等附属构件，一套全新的滚刀破岩试验设备造价高昂；再者，现有的滚刀破岩试验设备适用范围仅限于对盘形滚刀破岩的室内模拟实验，这对于并非长期进行该实验的实验室而言，并不能充分发挥装置的功能，导致其性价比较低；而立式压力机在工程力学实验室中普遍配备，且常被运用于压力试验，因此，本发明的目的在于，充分利用现有的设备，即充分利用立式压力机竖向加载的功能，在试验过程中主要由立式压力机提供竖向荷载，对立式压力机进行改造，使其能适用于盘形滚刀破岩的室内模拟实验，在满足三向应力、刀间距、贯入度、磨损情况等参数测定的同时，可大幅度降低实验装置的成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在公开一种滚刀破岩室内模拟试验装置，具体指一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置及其工作方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于立式压力机的滚刀破岩试验装置，包括立式压力机，所述滚刀破岩试验装置还包括滚刀装置、导轨装置、移动岩样装置、连接装置、传感元件和监控设备；

所述立式压力机包括基座、机架和液压装置，所述机架设置在基座上方并与基座固定连接组成一个容纳液压装置、滚刀装置、移动岩样装置和连接装置的中空腔体结构，液压装置固定连接在机架的上段；

所述导轨装置包括导轨座、水平导轨和水平液压缸，导轨座呈L型结构，导轨座较长的一边贯穿中空腔体结构并水平设置在基座上表面，导轨座较短的一边竖直设置在导轨座的首端，水平导轨设置在导轨座的上表面，水平液压缸安装在水平导轨的首端；导轨座以及水平导轨的首端和/或尾端水平向外伸出基座；

所述移动岩样装置包括模拟岩样、岩样盒和移动工作台，岩样盒内装载模拟岩样，岩样盒的底部与移动工作台的上表面固定连接，移动工作台与水平导轨设置为滑动式连接，移动工作台在水平液压缸的驱动下沿水平导轨的长度方向滑动；

所述滚刀装置包括刀架和盘形滚刀，所述刀架呈开口朝下的门字形结构，其顶部通过连接装置与压力机的液压装置固连，盘形滚刀通过与其轴向方向一致的滚刀轴可转动式连接在刀架相对的两侧壁上，盘形滚刀的轴向方向与水平导轨的长度方向垂直；

所述连接装置包括相互连接的上板和下板，其中上板通过螺栓与液压装置固连，下板通过螺栓与刀架的顶部固连，上板和下板之间设置传感元件；所述传感元件设置在盘形滚刀的正上方并与监控设备通讯连接。