[发明专利]全断面岩石掘进机刀盘缩尺试验台及设计方法

权利要求书

1.一种全断面岩石掘进机刀盘缩尺试验台设计方法，其特征是，

1)根据实际刀盘的几何参数、结构特征和载荷参数，先求得全断面岩石掘进机实际刀盘有关物理量与试验台刀盘相对应物理量的比例关系，利用求得的实际刀盘和试验台刀盘物理量比例关系，推导出试验台刀盘的几何参数和载荷参数，确定出试验台刀盘的结构特征，实现试验台部件的设计和选型；

2)采用双螺旋线方法在刀盘上布置刀具，有两种刀具布置方案，一种布置9把正刀和5把边刀，另一种布置8把正刀和4把边刀，通过螺钉将刀盘刀具固定在刀座上，刀座布置于刀盘面板上；刀盘刀具为触头形式，触头端为圆弧状，刀具在刀盘带动下在加载盘内表面上进行圆周形摩擦滑动，加载盘内表面加工有凸台与凹槽，使得刀盘刀具与凹槽和凸台作用时，能够模拟掘进中受到的跃进特性，实现对试验台刀盘施加相似大小的转矩载荷；采用变频电动机经减速机和刀盘主轴承将动力传递给试验台刀盘，使刀盘以一定速度转动，施加的驱动扭矩按缩尺后的比例关系确定；

3)采用液压作动器和加载盘对刀盘进行加载的方式；

三个液压作动器(6)的一端固定安装在试验台支架顶梁(1b)上，液压作动器(6)的另一端为输出端，输出端是带有球铰的液压作动器输出脚(6a)安装在加载盘背面(7b)上，对加载盘施加载荷，施加的载荷值按缩尺后的比例关系确定；加载盘背面设计有两个滑动柱，与安装在试验台支架竖梁(1a)上的加载盘支架(5)的加载盘支架球副(5a)间隙配合支撑加载盘，使加载盘既能竖直平动又能够小角度摆动。

2.根据权利要求1所述的全断面岩石掘进机刀盘缩尺试验台设计方法，其特征在于：采用该方法设计的试验台为立式结构，试验台由试验台支架(1)、主轴承组件(2)、刀盘架(3)、刀盘(4)、加载盘支架(5)、液压作动器(6)、加载盘(7)、联轴器(8)、变频电机(9)、刀盘刀具(10)、减速机(11)、电机支架(12)、减速机支架(13)、加速度传感器(14)、应变传感器(15)、微型测力传感器(16)组成；

试验台支架(1)由两根试验台支架竖梁(1a)，试验台支架顶梁(1b)和试验台支架底板(1c)构成；安装有4个变频电机9的电机支架(12)和安装有4个减速机(11)的减速机支架(13)分别安装在试验台支架底板(1c)上；每个变频电机(9)分别与一个减速机(11)相连接，减速机(11)的输出轴通过联轴器(8)与主轴承组件中的小齿轮轴(2e)连接；

主轴承组件(2)由主轴承外圈(2a)、主轴承内圈(2b)、滚动体(2c)，大齿轮圈(2d)和小齿轮轴(2e)构成；主轴承外圈(2a)用螺栓安装在试验台支架(1)的上面板上，大齿轮圈(2d)安装在主轴承内圈(2b)上，主轴承内圈(2b)通过螺栓与刀盘架(3)连接；

刀盘(4)安装在刀盘架(3)上，刀盘(4)由刀盘正刀安装座(4a)、刀盘面板(4b)、刀盘分体结合板(4c)、刀盘偏刀安装座(4d)和中心支撑件(4e)构成，刀盘(4)由中心支撑件(4e)支撑；采用中方五分式刀盘的刀盘面板(4b)由五块板组成，中间板为方形板，其余四个板沿方形板的四边均匀分布，并组合成外圆形刀盘盘面，各板之间用刀盘分体结合板(4c)通过螺栓联结；

两个加载盘支架(5)分别用螺钉安装于试验台两个支架竖梁(1a)上；两个加载盘支架(5)上分别加工有加载盘支架球副球副(5a)，它们分别与加载盘(7)的两个加载盘滑动柱(7a)间隙配合，并支撑加载盘运动；形状为碗形的加载盘(7)安装在刀盘(4)的上面，且与刀盘处于同一轴线，加载盘内表面(7e)上加工有凸台(7c)和凹槽(7d)，刀盘刀具(10)与加载盘(7)的内表面(7e)相接触；加载盘背面(7b)上安装有二个加载盘滑动柱(7a)；三个液压作动器(6的)一端分别安装在试验台支架顶梁(1b)上，另一端液压作动器输出脚(6a)均匀的安装在加载盘背面(7b)；

刀盘刀具(10)结构为触头形式，触头端为圆弧状并与加载盘内表面(7e)接触；刀盘刀具(10)分为两种：刀盘正刀和刀盘偏刀，刀盘正刀通过螺钉安装在刀盘正刀安装座(4a)上；刀盘偏刀通过螺钉安装在刀盘偏刀安装座(4d)上，刀盘刀具在刀盘带动下在加载盘内表面上进行圆周运动；加速度传感器(14)、应变传感器(15)和微型测力传感器(16)分别安装在刀盘(4)上。