[发明专利]一种砂卵石地层磨损系数测量装置及方法

说明书

本发明涉及磨蚀性测试领域，尤其涉及一种砂卵石地层磨损系数测量装置及方法。包括基本框架、承载单元、驱动电机、固定架、待测合金块组、土体注入单元和数据检测组件，将采集到的原状土通过土体注入单元注入承载单元内部，并通过驱动电机带动固定架转动，固定架上的待测合金块组跟随转动，由于驱动电机可滑动设置在基本框架上，固定架可以转动且向下位移，在该位移行程内，待测合金块组转动产生磨损量，根据磨损量转化为磨损高度，数据检测组件检测相关数据，计算出待测合金块组的轨迹长度，通过磨损高度及轨迹长度绘制磨损曲线，得到磨损系数。设备操作简单，单次试验成本低，试验结果直观，可以测定复杂条件下硬质合金刀具的磨粒磨损系数。

技术领域

本发明涉及磨蚀性测试领域，尤其涉及一种砂卵石地层磨损系数测量装置及方法。

背景技术

目前，国内城市轨道交通建设的规划建设方式以地下线路为主，地下轨道交通工程中隧道建设采用的主要施工方法为暗挖法及盾构法，其中盾构法由于其速度快、施工安全、机械化程度高、地层适应性好等优点应用的最为广泛。盾构机作为盾构法隧道的核心机械设备，其与地层之间的适应性及工程施工过程中设备的状态尤为重要。

我国地铁区间隧道建设过程中，部分城市遇到了大面积卵石地层，例如：北京、成都、兰州、沈阳等。土压平衡盾构在卵石地层中掘进，由于卵石强度高、磨蚀性强，刀具磨损严重，需频繁开舱检修刀具，盾构掘进效率低下，严重影响工期，且工程造价急剧增加。因此需要对刀具在砂卵石地层中的磨损情况进行研究。

现有研究表明，盾构在砂卵石地层中掘进刀具磨损以磨粒磨损为主，并基于磨粒磨损提出了磨粒磨损预测模型并推导计算。计算公式中，磨粒磨损系数对刀具磨损预测影响很大，但现阶段未有针对砂卵石土中刀具硬质合金耐磨块磨损系数的试验设备。国内现有磨粒磨损系数测试设备主要为类 MLS-225磨粒磨损机、MDL-10型动载磨粒磨损试验机等，通常用于测定单一条件下的二体或三体磨粒磨损系数，但是无法测定砂卵石土这种复杂条件下的磨损系数。国外常用LCPC、SAT等试验测定土层磨蚀性，但各有不足之处。 LCPC试验中金属块转速不可控，且无法对土试样进行加载；SAT试验无法考虑荷载、土体改良等因素对磨损系数的影响。

考虑到准确预测刀具磨损可以更好的指导实际工程，因此一种针对砂卵石土中刀具硬质合金耐磨块磨损系数测定的试验方法及设备的研发是非常有科学意义的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种砂卵石地层磨损系数测量装置，解决无法针对砂卵石土中刀具硬质合金耐磨块磨损系数测定的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种砂卵石地层磨损系数测量装置，包括基本框架、承载单元、驱动电机、固定架、待测合金块组、土体注入单元和数据检测组件，所述承载单元固定设置在所述基本框架上，所述驱动电机可上下滑动设置在所述基本框架上，所述固定架与所述驱动电机的输出轴传动连接，所述待测合金块组可拆卸设置在所述固定架上，所述土体注入单元与所述承载单元内部通过管路连通，所述数据检测组件用于检测承载单元、驱动电机及土体注入单元的工作数据。

进一步，还包括空气注入单元、膨润土注入单元和加载单元，所述空气注入单元和膨润土注入单元均与所述承载单元内部通过管路连通，所述加载单元设置在所述承载单元的上方。

进一步，所述数据检测组件包括扭矩传感器、推力传感器、压力传感器、三个压力计和三个流量计，所述扭矩传感器和推力传感器均设置在所述驱动电机上，所述扭矩传感器和推力传感器分别与所述驱动电机信号连接，所述压力传感器设置在所述承载单元的内部表面上，所述空气注入系统、膨润土注入系统和土体注入单元分别与所述承载单元连通的管路上均设置有一个压力计和流量计。

进一步，所述待测合金块组包括第一待测合金块组和第二待测合金块组，所述第一待测合金块组和所述第二待测合金块组均可拆卸设置在所述固定架上，所述第一待测合金块组和第二待测合金块组尺寸不同。