[发明专利]一种硬岩滚刀破岩特性测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于隧道工程领域的TBM(硬岩掘进机)掘进刀具模拟切削岩石的测试装置，尤其是涉及一种硬岩滚刀破岩特性测试装置。

背景技术

近年来随着我国地下空间工程建设的迫切需要和科学技术水平的提高，TBM在铁路隧道、市政管线、引水灌溉、西气东输等隧道工程的施工中得到广泛使用。盘形滚刀是TBM上破碎岩石的主要刀具，其破岩效率和磨损情况直接影响了地下工程施工的进度和成本。因此很有必要对TBM刀具破岩特性开展实验研究。

通过对国内外相关文献及资料的检索发现，目前国内外多所高校和研究机构都对TBM刀盘刀具的破岩特性开展了实验研究。国内东北工学院、中南大学、沈阳重型机械集团有限公司、上海隧道工程股份有限公司和中铁隧道装备制造有限公司等机构都对滚刀破岩特性进行了实验研究。东北工学院研制了自己的岩石破碎试验台，他们的试验台可以对单把滚刀切削破碎岩石时的性能进行研究，但未见到相关专利的发表；中南大学发明专利ZL200810143551.8，名称为：一种位置可调的多滚刀回转切削试验台，该试验台可以模拟多把滚刀同时回转切削岩石；中南大学发明专利ZL200810143552.2，名称为：一种可调式多滚刀切削破岩试验装置，该试验装置可以模拟多把实际滚刀线性切割岩石，并且刀间距可调；文献[新型多功能岩石破碎试验装置]提到了一种动静组合岩石破碎试验装置，该试验装置既可用于单一静压切削、冲击破碎(依靠电机和重物调节)、静力压入岩石试验，又可用于动、静态组合载荷作用下的破岩试验；沈阳重型机械集团有限公司发明专利CN102445336A，名称为：岩石掘进机多刀多角度破岩装置，该试验台可以模拟多把刀具多种角度破碎岩石；上海隧道工程股份有限公司发明专利ZL200410089260.7，名称为：大型盾构掘进模拟试验平台，该试验台是一个大型盾构掘进模拟试验台，用于模拟盾构掘进全过程；中铁隧道装备制造有限公司发明专利CN102788693A，名称为：盾构及TBM滚刀试验台，该试验台可以模拟多把实际TBM滚刀回转破岩过程。

国外美国科罗拉多矿业学院、韩国Korea Institute of Construction Technology、土耳其Istanbul Technical University等机构也对滚刀破岩特性进行了实验研究。文献[Disc cutting tests in Colorado Red Granite：Implications for TBM performance prediction]提到的美国科罗拉多矿业学院研制的线性切割试验台(Linear Cutting Machine)，文献[Optimum spacing of TBM disc cutters：A numerical simulation using the three-dimensional dynamic fracturing method]提到的韩国Korea Institute of Construction Technology研制的滚刀破岩试验台，文献[Correlation of rock cutting tests with field performance of a TBM in a highly fractured rock formation：A case study in Kozyatagi-Kadikoy metro tunnel，Turkey]提到的土耳其Istanbul Technical University研制的滚刀破岩试验台。

以上国内外滚刀破岩试验台或者仅限于对滚刀静压切割岩石进行研究，不能对滚刀冲击破岩进行研究；或者可以同时施加冲击与滚压，但由于是依靠电机与重物施加机械式冲击，其力的数量级与可调范围较小，不能用于TBM盘形滚刀冲击滚压复合破岩实验。这些类似实验台却不能对滚刀磨损过程进行研究。因此研制了这种硬岩滚刀破岩特性测试装置。该测试装置不仅可以在滚刀上施加静压载荷，而且还可以在滚刀上施加冲击载荷；该测试装置既能对滚刀滚压破岩、滚刀滚压冲击复合破岩过程进行研究，又能对相似滚刀磨损过程进行研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硬岩滚刀破岩特性测试装置，既能够模拟滚刀滚压破岩、滚刀滚压冲击复合破岩过程，测得滚刀的受力状况，研究滚刀滚压破岩和滚压冲击复合破岩机理，以提高盘形滚刀的切削效率；又能够模拟相似滚刀磨损过程，研究滚刀在静压载荷作用下的磨损机理和特性，以提高盘形滚刀的使用寿命。