[發明專利]一種模擬盾構機刀具磨損的試驗裝置和方法

有效

• 申請號: 201810113504.2
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108375521B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 李興高;蘇偉林;袁大軍;金大龍;沈翔;吳俊;王將;毛家驊
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種模擬盾構機刀具磨損的試驗裝置和方法。該裝置包括鋼制反力架、土箱、切削刀具裝置、液壓系統、動力及傳力系統和傳感量測系統；土箱中裝有經固結處理的工程原位土，并通過一組曲面箱壁與伺服液壓系統來模擬土壓環境；切削刀具裝置包括切削刀具、刀座及支撐刀座的液壓千斤頂，通過動力及傳力系統往復切削土體；量測系統包括位移傳感器、溫度傳感器、壓力盒、數據采集儀和計算機。本發明模擬了盾構刀具切削土體真實環境，通過直接切削工程現場土體，探究盾構刀具磨損的影響因素，可以為不同土體環境中盾構機刀具磨損量預測提供科學依據。

技術領域

本發明涉及盾構刀具試驗技術領域，尤其涉及一種模擬盾構機刀具磨損的試驗裝置和方法。

背景技術

盾構刀具的磨耗與損壞，不僅會導致隧道掘進緩慢，直接影響盾構機的開挖效果與工作效率，還會造成臨近刀具的負荷增大而加速磨損，甚至導致刀盤磨損，此時若是開倉換刀還可能由于壓力失衡導致開挖面失穩并危及換刀人員的人身安全，從而對盾構隧道的工程質量、經濟效益與施工安全造成重大負面影響。因此，迫切需要開展盾構刀具的室內磨損試驗，實現盾構刀具配置的合理優化與磨損量的精準預測。

但是，目前現有技術中的對盾構施工中刀具的磨損預測方法有限，特別是室內磨損試驗方法很不成熟。首先，盾構刀具只有長行程切削土體才會產生較為明顯的磨損，這與實驗室中有限的空間相矛盾；其次，切削后的土體性質與切削前差異很大，不適宜循環切削，因而需要保證刀具不斷切削新土體；最后，目前所采用的刀具磨損室內試驗裝置多為模擬盾構機掘進的相似材料試驗裝置，而相似材料不僅難以獲得完全合理的相似比，而且與實際土體在成分、級配、含水率等方面存在著很大差異。

因此，開發一種有效的模擬盾構機刀具磨損的試驗裝置是一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明的實施例提供了一種模擬盾構機刀具磨損的試驗裝置和方法，以實現有效地模擬實驗盾構機刀具的磨損情況。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

根據本發明的一個方面，提供了一種模擬盾構機刀具磨損的試驗裝置，包括：鋼制反力架(1)、土箱(2)、切削刀具裝置(4)、液壓系統(3)、動力及傳力系統(5)、滑軌(6)和傳感量測系統，所述切削刀具裝置(4)中包括刀具(14)；

所述鋼制反力架(1)包括橫梁、立柱和底座，所述橫梁用于固定所述切削刀具裝置(4)、滑軌(6)和動力與傳力系統(5)，所述底座用于固定所述土箱(2)和所述液壓系統(3)，所述液壓系統(3)中包括液壓千斤頂(9)；

所述土箱(2)內裝有經固結處理的工程土體，所述工程土體的上表面與土箱(2)的開口邊緣平齊，所述刀具(14)安裝在刀座(12)上，所述刀座(12)安裝在液壓千斤頂(9)的柱塞端部；

所述動力及傳力系統(5)包括電動機、變速箱和齒條(10)構成的傳力機構，所述動力及傳力系統5通過滑軌(6)與所述切削刀具裝置(4)電路連接，通過所述液壓系統(3)將所述刀具(14)下降到所述工程土體的上表面，所述動力及傳力系統(5)通過電信號編程實現對刀具(14)往復運動的控制，所述刀具(14)對所述工程土體進行往復式切削；

所述傳感量測系統測量所述刀具(14)對所述工程土體的切削過程中產生的位移、溫度和/或壓力數據。

進一步地，在所述土箱(2)的兩個相對的側面分別設置一個曲面箱壁(7)，其中一個曲面箱壁(7)為活動壁，連接有一組液壓裝置(3)，另一個曲面箱壁(7)通過4根彈簧連接在土箱(2)的主體上。

進一步地，在所述土箱(2)的另外兩個相對的側面分別設置一個鋼格柵箱壁(8)，所述鋼格柵箱壁(8)的底部密封、上部敞開，所述鋼格柵箱壁(8)與土箱(2)采用螺栓連接。

進一步地，所述液壓系統(3)包括兩臺液壓千斤頂(9)，油缸固定在鋼制反力架(1)上，柱塞與曲面箱壁(7)的活動壁剛性連接。