[发明专利]一种位置可调的多滚刀回转切削试验台

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于隧道工程领域的盾构多滚刀的切削试验平台，尤其是涉及盘形滚刀的位置可调的回转切削试验平台。

背景技术

21世纪是中国工程建设快速发展的世纪，进入新世纪，水利、能源、交通等大型工程的开发已成为我国经济建设的重点。随着我国基础设施的大规模建设以及西部大开发战略的实施，铁路、公路、大中型水电站建设以及南水北调等工程都将有大量的长、大隧道需要建设，现代化城市建设中的地铁工程、市政工程(排污水管、输水管)、越江隧道也在不断增加。盾构工法凭借它自身的优点逐渐成为施工单位的首选，而在盾构掘进过程中，刀具的性能和施工中的正确使用与隧道的掘进速度和掘进成本密切相关。工程实践表明，刀盘上刀具的检查、更换与维修等作业的时间约占掘进施工总时间的三分之一，而刀具的费用约占掘进施工费用的三分之一，因此很有必要对刀具的切削性能进行深入的研究。

盘形滚刀是盾构机上切削破碎岩石的主要刀具，它主要通过对岩石进行滚压，实现岩石的切割破碎。在挖掘高强度的岩石层并且在长距离的情况下，盘形滚刀的磨损和损耗会很快，这就要求频繁地更换盘形滚刀，但更换刀具不仅工作量大而且很危险，因此有必要对盘形滚刀特别是多把盘形滚刀配合切割时滚刀的受力状况进行分析，以便对滚刀的破岩机理进行研究，对盘形滚刀结构进行相应的改进，以延长盘形滚刀的切削寿命。

目前美国科罗拉多矿业学院，国内上海交通大学、东北工学院等高等院校对滚刀的切削机理进行了研究，科罗拉多矿业学院制作了单把滚刀的线性切割试验台(Linear CuttingMachine)，国内东北工学院研制了单把滚刀的岩石破碎试验台，但未见到相关专利的发表。为准确揭示盘形滚刀实际工作过程中的破岩机理，系统地反映刀间距和相位角对盘形滚刀切削岩体的影响，因此发明了这种滚刀位置可调的回转切削试验台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种位置可调的多滚刀回转切削试验台，能够实现3把盘形滚刀的安装，模拟盘形滚刀破碎岩石时本身自转和随着刀盘公转的状况，并可实现盘形滚刀相位角和刀间距的调整，从而系统地测得滚刀的受力状况，研究盘形滚刀的破岩机理，以提高盘形滚刀的切削寿命。

本发明主要是通过以下技术方案实现的，本发明主要由顶部支架，滑槽导轨，连接体，滚刀座，盘形滚刀，立柱，土仓，垂直液压缸，液压马达，土仓支撑座，回转支承，底座和地基架等组成。其特征在于，固定土仓的土仓支撑座与固定在地基架上的矩形底座之间采用回转支承，并由2个液压马达同步驱动回转，液压马达装在马达安装架上，马达安装架安装在地基架上；回转支承的内圈固定在矩形底座上，外圈与土仓支撑座连接；土仓固定在土仓支撑座上，土仓带有凸缘，凸缘下连接有四个均匀分布的固定在土仓支撑座上的液压缸，实现土仓在垂直方向上的进给运动；固定在土仓支撑座上的四根导柱穿过该土仓的外壁，对土仓垂直运动起导向作用，同时将回转支承传来的扭矩传递给土仓，使土仓能够旋转；土仓两侧垂直布置六根立柱，立柱下方也固定在地基架上，立柱顶端固定一开有四道环形凹槽的顶部支架，形成一矩形框架，顶部支架下方连接有三个滑槽导轨，每个滑槽导轨下方通过连接体各连接有一盘形滚刀座，盘形滚刀装在滚刀座上；试验台电气系统采用PLC控制，由液压系统提供动力，有工控机、数据采集卡、压力传感器、流量传感器、编码器、动态应变仪、高速数字摄像系统对切削沿途的过程进行监测的监控系统。

所述的顶部支架的凹槽对称分布，为弧形凹槽，它们的角度重合量能够保证每把盘形滚刀有0°～120°的相位角移动量。

所述的滑槽导轨与顶部支架采用螺栓螺母连接，通过滑槽导轨在凹槽内的移动可实现盘形滚刀相位角的调整。

所述的连接体靠螺栓螺母连接在滑槽导轨的凹槽里，通过连接体的连接螺杆在凹槽里的移动可实现盘形滚刀的切削半径的调整。

所述的相邻两把盘形滚刀的刀间距在切削过程中始终保持不变，在停止状态，可根据需要在40～120mm之间调整刀间距。

所述的盘形滚刀座上装的传感器为三向力传感器，用来测量盘形滚刀切削岩体时所受的三向力状况。

所述的液压缸上装有内置式位移传感器，进出口油路上装有压力传感器和流量传感器，用来测量液压缸的压力、速度和盘形滚刀的贯入度。

所述的液压马达上的进出口油路上安装了压力和流量传感器，回转支承上装了编码器，用来测试切削时扭矩、回转速度和能耗。

所述的高速数字摄像系统，可对盘形滚刀切削岩体的过程进行微观摄影，便于研究盘形滚刀破岩的微观机理。