[發明專利]一種結構可調整的盾構刀具磨損試驗模型刀盤

有效

• 申請號: 201711408265.5
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108168808B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 唐少輝;張曉平;李方毅;陳鵬;孫茂舟;涂新斌;唐建清
• 申請（專利權）人: 武漢大學;中鐵十四局集團大盾構工程有限公司;國網江蘇省電力有限公司建設分公司
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;E21D9/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發明提供一種結構可調整的盾構刀具磨損試驗模型刀盤，包括驅動軸和模型刀盤，所述驅動軸包括中心軸和多體連接件，模型刀盤包括刀盤輻條、試驗刀座、試驗刀具、邊緣刀圈以及刀盤面板。所述中心軸與模型刀盤通過多體連接件連接且中心軸內沿軸線設有第一通道，所述刀盤輻條沿中心軸徑向布置且上部中心設有第二通道，所述邊緣刀圈呈環狀布置于刀盤輻條的外周部。所述模型刀盤整體結構可拆卸，輻條數量和面板規格可調整，刀座位置和數量可變更，刀具形狀和數量可修正。本發明基于“結構可調整性”的設計理念，能夠準確地模擬不同類型盾構刀盤與隧道掌子面巖土材料的接觸狀態和實際掘進過程中刀盤的磨損機理，具有良好的普遍適應性。

技術領域

本發明涉及盾構刀具磨損試驗研究領域，具體涉及一種結構可調整的盾構刀具磨損試驗模型刀盤。

背景技術

刀盤和刀具的磨損不僅是盾構－地層適應性問題的集中體現，也是長距離盾構高效施工關鍵技術研究的焦點。近年來，隨著盾構掘進機在隧道施工技術中的廣泛應用，國內外學者通過綜合運用理論分析、室內試驗、數值模擬以及現場監測等方法就刀盤和刀具磨損問題開展了大量的研究工作。鑒于理論分析和數值模擬研究對相關參數的取值具有高度的依賴性，現場磨損監測裝置存在難以適應刀盤的實際工作環境等不足之處，室內縮尺模型試驗已逐漸成為研究刀盤和刀具磨損問題的主要方法。而模型刀盤作為試驗裝置掘進系統的關鍵部件，對于磨損試驗結果的準確性顯得尤為關鍵。

文獻調研的結果表明：目前用于測試刀盤和刀具磨損的試驗裝置模型刀盤結構相對固定，且僅能模擬特定條件下的盾構刀盤，缺乏普遍適用性，難以真正適應盾構刀具磨損縮尺模型試驗的需求。例如：中國發明專利CN106441751A和中國實用新型專利CN206095556U提出了一種用于上軟下硬地層的盾構機刀具磨損模擬試驗裝置。該裝置按照相似性原則對盾構刀盤進行等比例縮尺得到試驗所需的模型刀盤，不僅制作工藝繁瑣、刀具表面形狀復雜，而且僅能進行特定刀具安裝位置和刀盤開口率條件下的縮尺模型試驗，難以適應不同的盾構施工工況。再如：中國發明專利CN102901685A和中國實用新型專利CN202956319U提出的一種模擬盾構施工工況的刀具摩擦磨損試驗機、試驗刀具及試驗方法通過試樣夾具和長方體（或圓柱體）試樣來模擬盾構機的刀盤和刀具結構。雖然有利于從材料科學的角度研究刀具的磨損行為和機理，但是由于結構過于簡單，該方案除了具有難以評估安裝位置和刀盤開口率對刀具磨損的影響等固有缺陷以外，還存在難以準確模擬盾構刀盤與隧道掌子面巖土材料的接觸狀態和實際掘進過程中刀盤的磨損機理，無法反演盾構施工期間泥漿/潤滑劑摻入對刀具磨損的減緩效應等不足之處。

鑒于現存的模型刀盤存在上述缺陷，難以滿足目前盾構刀具磨損試驗研究的需要。因此，開發出具有普適性并能夠準確模擬盾構刀盤與隧道掌子面巖土材料接觸狀態和實際掘進過程中刀盤磨損機理的刀具磨損試驗模型刀盤顯得至關重要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有刀具磨損試驗裝置模型刀盤的不足而提供一種結構相對簡單且能夠準確模擬盾構刀盤與隧道掌子面巖土材料接觸狀態和實際掘進過程中刀盤磨損機理的新型刀具磨損試驗模型刀盤。該刀盤不僅可以有效評估諸如：刀具形狀、安裝位置和刀盤開口率等因素對縮尺模型試驗結果的影響，而且方便統計質量損失和分析表面形貌特征，具備良好的普遍適用性。本發明使得室內縮尺模型試驗不僅能夠評估刀具磨損問題，而且可以為刀盤結構選型提供依據。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種結構可調整的盾構刀具磨損試驗模型刀盤，包括：驅動軸和模型刀盤，所述驅動軸包括中心軸和多體連接件，模型刀盤包括刀盤輻條、試驗刀座、試驗刀具、邊緣刀圈以及刀盤面板，刀盤輻條上部中心設有第二通道，兩側設有噴嘴和面板安裝槽，下部設有橫截面呈“T”字形的刀座安裝槽，槽身兩側壁上開有長形孔；試驗刀座包括輻條刀座、邊緣刀座和面板刀座；刀具包括先行刀和刮刀，安裝于試驗刀座上；邊緣刀圈包括刀座安裝槽和固定螺栓。