[發明專利]全斷面巖石掘進機刀盤縮尺試驗臺及設計方法

有效

• 申請號: 201410470030.9
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN104280227A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 霍軍周;李廣慶;孫曉龍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于全斷面巖石掘進機掘進技術領域，特別涉及一種全斷面巖石掘進機刀盤縮尺試驗臺及設計方法。?

背景技術

近年來，全斷面巖石掘進機越來越多的用于西部開發、水資源配置工程建設及城市地鐵建設中的隧洞建設中，這些隧道往往具有覆蓋深、距離長、直徑大、地質條件復雜的特點。在全斷面巖石掘進機掘進過程中，刀盤是全斷面巖石掘進機最主要的部件之一，它肩負著掘進開挖、支撐掌子面的功能，是所有破巖刀具的安裝載體。刀盤所受的載荷是典型的隨機載荷，在隨機載荷作用下，刀盤的振動表現為受迫彈性體的隨機扭轉振動和橫向振動。所以刀盤的工作條件極其惡劣，受力情況十分復雜，刀盤部件的變形、斷裂成為常常困擾施工順利進行的因素，這就對刀盤的壽命提出了嚴格的要求。而刀盤的壽命與刀盤的強度和剛度即刀盤的結構優化密切相關，因此設計搭建用于研究全斷面巖石掘進機刀盤特性的試驗臺對優化刀盤結構、延長刀盤壽命至關重要。?

國內在全斷面巖石掘進機試驗臺方面的設計和搭建主要用于盤形滾刀破巖機理實驗、貫入量與載荷和巖石特性關系的實驗、最優刀間距實驗、盤形滾刀破巖力預測等實驗。具有代表性的有中鐵隧道集團有限公司洪開榮等人發明的滾刀破巖試驗臺，中國專利號：CN201110170070.8，專利名稱為：“用于隧道掘進機刀具破巖機理模?態研究的試驗平臺”，在該試驗裝置中，刀具安裝于刀架的夾具上，刀架安裝于旋轉架上，旋轉架轉動然后帶動滾刀切割巖箱。此試驗臺可采用不同的刀具組合來研究滾刀破巖，但此試驗臺將刀架代替刀盤進行實驗，與實際刀盤掘進工況差別較大，并且未涉及一種設計試驗臺的方法，使試驗臺的實驗更接近實際掘進機掘進時的工況，從而進行更符合實際情況的研究。?

發明內容

本發明要解決的難題，是針對現有硬巖掘進機試驗臺的設計與實際硬巖掘進機掘進時工況差別較大的缺陷，發明一種設計全斷面巖石掘進機刀盤縮尺試驗臺及設計方法。采用該方法設計的刀盤縮尺試驗臺，能夠在實驗工作時對刀盤的動力學響應、動應力進行測試，并可進行含裂紋刀盤的加速度疲勞試驗。在試驗臺刀盤相對于實際刀盤縮小的情況下，試驗臺能夠真實的模擬實際掘進機的掘進工況，提高實驗的準確性，對于研究掘進時刀盤的動態特性意義重大。?

本發明采用的技術方案是一種全斷面巖石掘進機刀盤縮尺試驗臺及設計方法，其特征是，該方法采用如下設計方法：?

1)根據實際刀盤的幾何參數、結構特征和載荷參數，先求得全斷面巖石掘進機實際刀盤有關物理量與試驗臺刀盤相對應物理量的比例關系，利用求得的實際刀盤和試驗臺刀盤物理量比例關系，推導出試驗臺刀盤的幾何參數和載荷參數，確定出試驗臺刀盤的結構特征，實現試驗臺部件的設計和選型；?

2)采用雙螺旋線方法在刀盤上布置刀具，有兩種刀具布置方案，?一種布置9把正刀和5把邊刀，另一種布置8把正刀和4把邊刀，通過螺釘將刀盤刀具固定在刀座上，刀座布置于刀盤面板上；刀盤刀具為觸頭形式，觸頭端為圓弧狀，刀具在刀盤帶動下在加載盤內表面上進行圓周形摩擦滑動，加載盤內表面加工有凸臺與凹槽，使得刀盤刀具與凹槽和凸臺作用時，能夠模擬掘進中受到的躍進特性，實現對試驗臺刀盤施加相似大小的轉矩載荷；采用變頻電動機經減速機和刀盤主軸承將動力傳遞給試驗臺刀盤，使刀盤以一定速度轉動，施加的驅動扭矩按縮尺后的比例關系確定；?

3)采用液壓作動器和加載盤對刀盤進行加載的方式；?

三個液壓作動器6的一端固定安裝在試驗臺支架頂梁1b上，液壓作動器6的另一端為輸出端，輸出端是帶有球鉸的液壓作動器輸出腳6a安裝在加載盤背面7b上，三個作動器能以不同的壓力和頻率對加載盤施加軸向沖擊載荷，施加的載荷值按縮尺后的比例關系確定；加載盤背面設計有兩個滑動柱，與安裝在試驗臺支架豎梁1a上的加載盤支架5的加載盤支架球副5a間隙配合支撐加載盤，使加載盤既能豎直平動又能夠小角度擺動；?

采用該方法設計的試驗臺為立式結構，試驗臺由試驗臺支架1、主軸承組件2、刀盤架3、刀盤4、加載盤支架5、液壓作動器6、加載盤7、聯軸器8、變頻電機9、刀盤刀具10、減速機11、電機支架12、減速機支架13、加速度傳感器14、應變傳感器15、微型測力傳感器16組成；?

試驗臺支架1由兩根試驗臺支架豎梁1a，試驗臺支架頂梁1b和?試驗臺支架底板1c構成；安裝有4個變頻電機9的電機支架12和安裝有4個減速機11的減速機支架13分別安裝在試驗臺支架底板1c上；每個變頻電機9分別與一個減速機11相連接，減速機11的輸出軸通過聯軸器8與主軸承組件中的的小齒輪軸2e連接；?