[发明专利]一种可模拟不同滑移率的刀圈试样-岩石对磨试验方法

说明书

一种可模拟不同滑移率的刀圈试样‑岩石对磨试验方法，包括如下步骤：步骤0：布置刀圈试样‑岩石对磨试验装置，在刀座设置调节螺杆，通过旋动调节螺杆，使得摩擦盘与刀圈组件接触并逐渐抵紧；步骤1：开展刀圈试样‑岩石对磨预实验，拟合获得不同滑移率K与调节螺杆的预紧力f的函数关系式：步骤2：根据步骤1所获滑移率K与调节螺杆预紧力f的函数关系式，通过合理向调节螺杆施加给定的预紧力f₀，从而保证刀圈试样‑岩石对磨试验时刀圈组件的滑移率为给定值K₀：开展给定滑移率K₀下的刀圈试样‑岩石对磨试验；步骤3：试验结果分析。本发明可以模拟不同滑移率的滚刀切削工况，有助于帮助业界提高滚刀试样摩擦磨损寿命的预测精度。

技术领域

本发明属于机械工程、岩土工程和隧道工程的交叉领域，涉及一种刀圈试样-岩石对磨试验方法，具体涉及一种可模拟不同滑移率的刀圈试样-岩石对磨试验方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着我国高铁和城市地铁建设的蓬勃发展，隧道工程在基础建设中的比重越来越高，发挥的作用也越来越重要。作为全断面岩石隧道掘进机(以下简称TBM)的唯一破岩刀具，盘形滚刀(以下简称滚刀)在TBM刀盘推力与扭矩作用下，持续绕刀盘主轴作公转运动和绕滚刀刀轴作自转运动，期间通过向掌子面岩层施加垂向挤压应力和侧向剪切应力，从而达到破碎剥离岩土的作用。目前，学术界在研究TBM滚刀-岩石相互作用机理时，常将滚刀上述回转滚压破岩过程简化为纯滚动过程。而实际上，滚刀在摩擦力的驱动下沿刀轴自转，该过程还可能存在滑动摩擦现象。尤其是当掌子面岩层中出现软岩或土壤时，会产生相对较为明显的滚刀滑移现象，进一步导致刀圈迅速磨损失效；严重时，由于刀岩之间产生的摩擦驱动力不足以克服滚刀启动扭矩时，会造成滚刀堵转(也即滑移率无穷大)，进而引发刀圈出现更为严重的弦磨失效。通过文献调研可知，滚刀破岩过程中的滑移率(即滑动距离与总滚动距离的比值)不仅受地质条件(如掌子面岩土层物理力学特性)影响外，还与滚刀启动扭矩、刀盘转速、滚刀切深、滚刀几何轮廓尺寸、刀刃截面宏微观轮廓形貌、含水率等因素有关。此外，滚刀刃底突然脱空、轴承失效卡死等现象，也可能造成滚刀回转滚压破岩时滑移率发生波动，甚至导致滚刀堵转。

综上来看，滚刀在实际滚压破岩过程中，因地质条件和切削工况的复杂多变性，滚刀滑移率不可避免地存在一定波动，甚至发生堵转。在研究TBM滚刀-岩石相互作用机理，尤其是研究TBM滚刀摩擦磨损机制时，将滚刀上述回转滚压破岩过程简化为纯滚动过程，显然会引入较大的误差。此外，有针对性地研究不同滑移率下TBM滚刀刀圈的磨损失效行为，有助于帮助业界提高滚刀实际切削工况下滚刀试样摩擦磨损寿命。

目前，尚缺少一种可模拟不同滑移率的TBM滚刀-岩石对磨试验方法。

发明内容

为了克服现有技术的上述局限性，本发明提供了一种可模拟不同滑移率的刀圈试样-岩石对磨试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤0：布置刀圈试样-岩石对磨试验装置，其包括刀圈试样夹持工装；

刀圈试样夹持工装，包括连接座、刀座、刀圈组件、刀轴、制动组件，其中：

连接座下方固接有刀座，刀座为分体式结构，包括上刀座、下刀座；

下刀座下端开设有凹槽；刀圈组件包括刀圈试样、环形夹持垫块；

刀轴周向活动地安装于刀座上；从刀轴的中间向两端依次为刀圈试样、环形夹持垫块、轴承、套筒、端盖；刀圈试样和环形夹持垫块共轴且轴向固定地安装于刀轴上，环形夹持垫块抵靠在刀圈试样的侧面；刀圈试样设置于凹槽内，且刀圈试样的下边缘通过所述凹槽外露于下刀座下端，刀圈试样通过键配合的形式共轴地安装于刀轴上，可随刀轴相对于下刀座周向活动地转动；

制动组件包括导向支撑座、夹板、调节螺杆，其中：