[发明专利]一种硬岩滚刀破岩特性测试装置

权利要求书

1.一种硬岩滚刀破岩特性测试装置，其特征在于：由垂直液压缸(1)、横梁(2)、立柱(3)、活动横梁(4)、三向力传感器(5)、滚刀安装座(6)、滚刀(7)、岩石试样(8)、石仓(9)、横移液压缸(10)、石仓支撑座(11)、导轨副(12)、纵移液压缸(13)、冲击杆(14)、冲击液压缸(15)、相似滚刀磨损模块安装座(16)、液压马达(17)、联轴器(18)、连接轴(19)、相似滚刀(20)、相似滚刀安装座(21)、小量程三向力传感器(22)和测试系统组成。导轨副(12)上放置石仓支撑座(11)，石仓支撑座(11)连接一个固定在地上的纵移液压缸(13)，纵移液压缸(13)实现石仓(9)纵向方向的进给运动；石仓(9)放置在石仓支撑座(11)上，石仓(9)内放有岩石试样(8)；石仓(9)连接两个固定在石仓支撑座(11)上的横移液压缸(10)，横移液压缸(10)实现石仓(9)水平面内横向方向的进给运动；石仓(9)两侧垂直布置两个立柱(3)，立柱(3)顶端固定着一根横梁(2)，形成一个龙门架结构；横梁(2)上固定一个垂直液压缸(1)，实现滚刀垂直方向的进给运动，垂直液压缸(1)下方装有活动横梁(4)，活动横梁(4)内部安装有一个冲击液压缸(15)，冲击液压缸(15)下方安装一根冲击杆(14)；进行滚刀滚压破岩或滚刀滚压冲击复合破岩试验时，活动横梁(4)内部的冲击杆(14)下端连接三向力传感器(5)，滚刀(7)连接在三向力传感器(5)下方的刀座(6)上；进行相似滚刀磨损试验时，在活动横梁(4)底面安装相似滚刀磨损模块，相似滚刀磨损模块由相似滚刀磨损模块安装座(16)、液压马达(17)、联轴器(18)、连接轴(19)、相似滚刀(20)、相似滚刀安装座(21)和小量程三向力传感器(22)组成，小量程三向力传感器(22)固定在相似滚刀磨损模块安装座(16)的一端，相似滚刀(20)固定在小量程三向力传感器(22)下方的相似滚刀安装座(21)上，液压马达(17)固定在相似滚刀磨损模块安装座(16)的另一端，联轴器(18)和连接轴(19)用于同轴连接相似滚刀(20)和液压马达(17)；本发明装置的电气系统采用PLC控制，由液压系统提供动力，采用工控机、数据采集卡、三向力传感器、压力传感器、流量传感器、加速度传感器、编码器、动态应变仪、声发射装置、高速数字摄像系统组成的监控系统对滚刀破岩过程和磨损过程进行监测。

2.根据权利要求1所述的硬岩滚刀破岩特性测试装置，其特征在于：所述的垂直液压缸(1)可以在滚刀(7)上施加静压载荷，实现滚刀滚压破岩。

3.根据权利要求1所述的硬岩滚刀破岩特性测试装置，其特征在于：所述的垂直液压缸(1)采用伺服控制，可以在液压缸(1)上施加脉冲压力，压力的波形、频率和幅值参数均能调节，实现液压式滚压冲击复合破岩。

4.根据权利要求1所述的硬岩滚刀破岩特性测试装置，其特征在于：所述的冲击液压缸(15)可以在冲击杆(14)上施加冲击力，冲击力的波形、频率和幅值参数均能调节，实现机械式滚压冲击复合破岩。

5.根据权利要求1所述的硬岩滚刀破岩特性测试装置，其特征在于：所述的相似滚刀磨损模块用于模拟相似滚刀磨损过程，垂直液压缸(1)驱动相似滚刀磨损模块上的相似滚刀(20)压入岩石后，启动液压马达(17)，液压马达通过联轴器(18)和连接轴(19)驱动相似滚刀(20)旋转，加大相似滚刀(20)与岩石试样(8)的滑移速率，达到加速磨损的目的。

6.根据权利要求1所述的硬岩滚刀破岩特性测试装置，其特征在于：所述的立柱(3)与活动横梁(4)配合，对活动横梁(4)起导向作用，同时防止垂直液压缸(1)受到弯矩作用。

7.根据权利要求1所述的硬岩滚刀破岩特性测试装置，其特征在于：所述的三向力传感器(5)和小量程三向力传感器(22)均为能测量三个方向力的传感器，前者用来测量滚刀(7)破岩时所受的三向力状况，后者用来测量相似滚刀(20)磨损时所受的三向力状况。

8.根据权利要求1所述的硬岩滚刀破岩特性测试装置，其特征在于：所述的液压缸(1)、(10)和(13)有外置式位移传感器，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(1)、(10)和(13)的压力、速度以及滚刀(7)和相似滚刀(20)贯入岩石试样(8)的深度。

9.根据权利要求1所述的硬岩滚刀破岩特性测试装置，其特征在于：所述的液压马达(17)的进出口油路上安装了压力和流量传感器，用来测量相似滚刀(20)磨损时的扭矩及转速。