[實用新型]一種可模擬刀盤各位置刀具行為的試驗臺

有效

• 申請號: 201922480331.0
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN211784917U
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 莫繼良;勾斌;段文軍;章龍管;王好平;孫瑞雪;李貞;范志勇;周仲榮
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N3/58
• 分類號: G01N3/58;G01M13/00
• 代理公司: 成都智言知識產權代理有限公司 51282
• 代理人: 濮云杉

本實用新型屬于盾構隧道掘進機刀具行為模擬試驗臺技術領域，具體涉及一種可模擬刀盤各位置刀具行為的試驗臺，解決了現有技術中線性切割試驗臺無法模擬各種安裝半徑刀具在掘進時的工況的問題。本實用新型的技術方案是：包括橫向基座和縱向基座，所述橫向基座上設置有液壓推進系統，所述液壓推進系統連接有刀箱刀具系統，所述縱向基座上設置有巖箱移動系統，所述巖箱移動系統上設置有巖箱系統，所述巖箱系統與刀箱刀具系統位置對應。本實用新型帶動巖樣在豎直平面內運動，擬合不同半徑的圓或者圓弧，以此模擬不同安裝半徑刀具的破巖工況，適用于模擬盾構隧道掘進機刀盤上各位置刀具的工況。

技術領域

本實用新型屬于盾構隧道掘進機刀具行為模擬試驗臺技術領域，具體涉及一種可模擬刀盤各位置刀具行為的試驗臺。

背景技術

盾構隧道掘進機，是一種隧道掘進的專用工程機械，具有安全開挖和襯砌，掘進速度快；推進、出土、拼裝襯砌等全過程可實現自動化作業，施工勞動強度低；不影響地面交通與設施，同時不影響地下管線等設施；穿越河道時不影響航運，施工中不受季節、風雨等氣候條件影響，施工中沒有噪音和擾動等優點，已廣泛用于鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。據有關統計，刀具磨損直接或間接帶來的費用占到盾構法隧道總施工成本的1/3 左右，因此探究刀具的磨損機制對盾構法施工相當重要。盾構隧道掘進機是大型的復雜設備，且對地質有很強針對性。地質條件的多樣性，這導致了盾構隧道掘進機的結構形式和性能參數的多樣化。現有的數學和力學模型還難以準確地描述各個因素對刀具破巖效率的影響。且隧道施工現場環境惡劣，通過施工現場進行試驗需要承擔巨大的安全風險和經濟代價。因此，搭建實驗臺進行室內模擬試驗，全面深入地探究盾構隧道掘進機刀具與巖土的相互作用過程，弄清楚盾構隧道掘進機刀具磨損機制，建立盾構隧道掘進機刀具相關評價機制，具有重要的意義。

通過文獻調研分析發現，伊斯坦布爾、伊朗、美國、韓國等，以及國內上海隧道股份有限公司、北京交通大學、中鐵隧道裝備制造有限公司、中南大學等都進行過關于盾構隧道掘進機的試驗臺的研制。主要分為線性切割試驗臺和帶有較小刀盤的旋轉試驗臺兩種，但其在研究工作存在一些局限性：

1.實際掘進工況下，盾構隧道掘進機的滾刀是既在繞著刀盤軸線做公轉的同時，又繞著刀軸軸線自轉；其他切削類刀具均是繞著刀盤軸線做工作切削運動。上述線性切割試驗臺則是將刀具的運動特征簡化為較為簡單的直線運動的形式，開展直線式模擬實驗；例如，中南大學夏毅敏教等授研制的，“一種可調式多刀切削破巖試驗裝置”(專利號：101446537A)，能進行多刀聯合線性破巖試驗，較好的模擬刀具安裝半徑較大刀具的運動形式；但不能模擬刀盤較中心的刀具運動形式，且不能模擬刀具在實際掘進中所受的側向力。換言之，線性切割試驗臺僅能理想的模擬較大安裝半徑刀具在掘進時的工況。

2.實際掘進工況下，盾構隧道掘進機的滾刀是既在繞著刀盤軸線做公轉的同時，還繞著刀軸軸線自轉；其他切削類刀具均是繞著刀盤軸線做工作切削運動。上述帶有刀盤的旋轉試驗臺，由于結構以及場地等條件的約束，其刀盤的尺寸較小，只能模擬安裝半徑較小的盾構隧道掘進機刀具的掘進工況；例如，中鐵隧道裝備制造有限公司研制的“盾構及TBM 滾刀試驗臺”(專利號：102788693A)，采用一個直徑2.5m的刀盤進行滾刀旋轉破巖試驗，只能模擬安裝半徑在1.2m以內滾刀破巖情況；但現今主流盾構隧道掘進機的刀盤尺寸較大，大部分刀具的掘進工況無法用該種試驗臺進行模擬。

實用新型內容

針對現有技術中線性切割試驗臺只能夠模擬較大安裝半徑刀具在掘進時的工況，而旋轉試驗臺只能夠模擬較小安裝半徑刀具在掘進時的工況的問題，本實用新型提供一種可模擬刀盤各位置刀具行為的試驗臺，其目的在于：使試驗臺能夠模擬各種安裝半徑下刀具在掘進時的工況，并且減小試驗臺所占用的空間。

本實用新型采用的技術方案如下：