[發明專利]用于隧道掘進機刀具破巖機理模態研究的試驗平臺

有效

• 申請號: 201110170070.8
• 申請日: 2011-06-22
• 公開（公告）號: CN102841030A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 洪開榮;陳饋;李鳳遠;張兵;陳啟偉;韓偉鋒;張合沛
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道集團有限公司
• 主分類號: G01N3/58
• 分類號: G01N3/58;G01M13/00
• 代理公司: 北京神州華茂知識產權代理有限公司 11358
• 代理人: 吳照幸

技術領域

本發明涉及一種試驗平臺，尤其涉及一種全斷面隧道掘進機(含TBM及盾構)刀盤刀具系統破巖機理研究的試驗平臺。

背景技術

全斷面隧道掘進機作為地下工程的重要施工裝備與地質的適應性息息相關，隧道工程的安全與快速施工依賴于刀盤刀具系統的整體高效破巖，實踐中，對從刀盤刀具的工作原理、巖體的破裂形式、巖體破碎后的運動方式等方面對刀盤刀具的整體高效破巖機理缺乏深入研究，由于缺乏理論指導，造成刀盤刀具設計的不合理，造成實踐中刀盤刀具的非正常磨損，造成地表坍塌和房屋開裂等系列事故，造成人力物力資源的浪費。

發明內容

本發明的試驗平臺能通過更換不同形式的刀具，形成不同刀具組合的破巖模態試驗平臺，從刀盤刀具的工作原理、巖體的破裂形式、巖體破碎后的運動方式等方面對刀盤刀具的整體高效破巖機理進行深入研究，將解決刀盤刀具與圍巖耦合作用規律及破巖機理的科學問題，為隧道掘進機刀盤刀具的數字化設計提供關鍵理論依據與技術保障。該試驗平臺結構簡單，操作方便。

本發明的試驗平臺通過以下技術方案實現：

一種用于隧道掘進機刀具破巖機理模態研究的試驗平臺，包括臺架、框架、伺服電機、液壓油缸、減速機、下落架、旋轉架、刀架、刀具、夾具、巖箱；其中，框架固定在臺架上，伺服電機、減速機、液壓油缸固定在框架內；伺服電機連接減速機，減速機連接旋轉架，減速機由伺服電機驅動，旋轉架通過伺服電機由減速機驅動；液壓油缸連接下落架，下落架由液壓油缸驅動，下落架與導向柱連接；刀架安裝在旋轉架上，刀具安裝在刀架上的夾具上，巖箱固定在臺架上并置于刀具下方；所述試驗平臺采用PC機控制。

其中，所述刀架通過螺栓安裝在旋轉架上，所述刀具通過螺栓安裝在刀架上的夾具上。

其中，所述巖箱通過螺栓與臺架固定連接。

其中，所述臺架為桁架式龍門。

其中，所述下落架與導向柱之間安裝有無油軸承。

其中，所述液壓油缸的驅動采用比例換向閥控制。

其中，所述液壓油缸安裝有分流閥。

其中，所述液壓油缸的數量為四個且呈菱形分布。

其中，所述框架和/或臺架為矩形和/或方形。

下落架的上升下落工作通過控制，可以分工進和快進兩種模式；刀架的旋轉半徑可以調節，旋轉架的轉速可以調節，轉速變速范圍為0-7.1r/min，可以準確模擬刀具在工進過程中各種速度。

所述試驗平臺可以采用電液伺服裝置和變頻伺服電動馬達作為動力源，試驗刀具采用隧道掘進機實際施工中的通用滾刀模擬隧道掘進機純掘進刀盤掘進力矩及推進力，進行硬巖滾刀破巖模態試驗，或通過更換成軟土切刀進行切刀剪切模態試驗，或通過更換成撕裂刀進行撕裂刀沖擊破巖模態試驗。通過更換臺架上的刀座和刀具和調整刀間距，實現隧道掘進機硬巖掘進滾刀滾壓破巖原理臺架試驗、軟土掘進切刀剪切切削原理及撕裂刀沖擊破巖原理臺架試驗，為隧道掘進機的破巖基礎理論研究提供試驗裝置，有利于建立具有地質適應性的刀盤刀具設計理論，為刀盤刀具數字化設計提供理論依據。

通過所述試驗平臺，可以實現如下試驗：

1、巖土可掘性實驗：在巖樣不定的情況下，刀盤轉速一定，正壓力負載線性增加，若刀具壓入巖的最大侵深能滿足預定侵深(一般預定侵深為2.5mm)，則巖土可掘。

2、刀架正推力實驗：在巖樣一定情況下，刀架轉速在預定轉速下，得到正推力與刀具壓入巖石侵深的關系。

3、刀架扭矩實驗：在巖樣一定，正推力為預定刀具壓入巖土侵深推力情況下，得到刀架扭矩與轉速的關系。

4、巖石破巖角(或軟土剪切角)實驗：在巖樣一定，測定巖石破壞破巖角(軟土破壞剪切角)。

5、合理刀間距實驗：根據測定巖石破壞破巖角(軟土破壞剪切角)，進行合理刀間距驗證實驗。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

其中：1：伺服電機；2：液壓油缸；3：減速機；4：框架；5：下落架；

6：旋轉架；7：刀架；8：刀具；9：巖箱；10、導向柱；11、臺架。

具體實施方式

下面結合本發明實施實例做詳細說明：本實例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護范圍不限于下述實例。

實施例1：