[发明专利]滚刀复合磨蚀实验仪

说明书

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，具体为一种预测盾构施工过程中滚刀模式实验装置。

背景技术

盾构施工过程中，滚刀磨损主要分为正常磨损和非正常磨损两类，正常磨损指滚刀刀圈各处磨损程度基本一致，当刀圈磨损高度超过规定值时，认为滚刀失效进行更换，这种失效形式是滚刀磨损的主要形式，占总数的80%～90%；非正常磨损包括：刀圈偏磨、刀圈断裂、崩刃、刀圈松动、密封失效、轴承磨损等。

滚刀的正常磨损又可以分为直接磨损和二次磨损，直接磨损是指滚刀破碎岩体时所产生的磨损，属于高应力磨损，主要由开挖岩体的强度、磨蚀性等决定；二次磨损指由于盾构的滞排效应堆积在刀盘底部(正面和背面)的岩碴对滚刀的磨损，属于低应力磨损，主要是由于松散颗粒的滑动引起。

目前针对盾构施工刀具磨损的研究虽然很多，如比较成熟且非常具有代表性的CAI值实验，主要是对岩石磨蚀性指标进行衡量，不但不能直接预测在不同地层中，滚刀磨损量，而且不能有效开展刀具一次磨损和二次磨损研究。随着地下空间的开发，地铁隧道、引水隧道、铁路隧道等，在修建过程中，刀具磨损成本预测已经成为施工方最为关注的问题之一。

因此开发一套直接针对滚刀磨损的实验台，用于预测在不同岩层条件下滚刀磨损情况，指导盾构施工，已经是一个值得研究的问题。

发明内容

为了克服现场实验条件不足，本发明提供了一种能够在实验室内完成盾构滚刀磨损预测的一种滚刀复合磨蚀试验仪。

滚刀复合磨蚀实验仪，包括加载框架1，以及设置在加载框架1内的水平测控加载测控分系统、垂直加载测控分系统、岩样与模型滚刀磨蚀作用机构、模型滚刀测量机构与分系统集成与实现自动控制系统；

所述的水平测控加载测控分系统包括伺服压力油缸2、设置在加载框1底部的水平导轨9；所述的伺服压力油缸2连接液泵压站，其端头连接岩样与模型滚刀磨蚀作用机构中的岩样夹具6；伺服压力油缸2的下方设置有负载传感器12和水平位移传感器13；

所述的水平位传感器13移采用采用拉线式光栅光纤传感器或LVDT位移传感器；

所述的伺服压力油缸2连接的液泵压站为伺服液压油源，同时连接伺服控制器和伺服控制阀，液压泵站的输送动力采用齿轮泵，油缸动力由液压泵站提供；

伺服控制器为采用闭环伺服控制器，采用EDC全数字伺服控制器PID闭环伺服控制水平位移或水平力；

所述的垂直加载测控分系统包括承载立柱、导轨承台10、交流伺服电机14和交流伺服电机作动器，所述的交流伺服电机作动器连接岩样与模型滚刀磨蚀作用机构中的模型滚刀轴3；所述的交流伺服电机作动器包括丝杠、交流伺服电机驱动器和垂直位移传感器；

所述的交流伺服电机采用高频响交流伺服电机，通过垂向位移反馈闭环伺服控制交流伺服电机与驱动器来进行伺服控制；

所述的岩样与模型滚刀磨蚀作用机构包括岩样夹具6，与岩样夹具6连接的岩样固定夹持扳手7，岩样5通过岩样固定夹持扳手7夹紧；岩样5的正面设置有模型固定轴3固定设置的模型滚刀4；

所述的模型滚刀4的下方设有与模型滚刀4连接的岩屑箱8，岩屑箱8的下方设置有固定在加载框架1底部的岩屑遗撒箱11；

所述的岩屑箱8的箱体上部设置有槽式导轨，槽式导轨下方的为与模型滚刀4接触的岩渣16，岩渣16下方的箱体内设置有气囊15；气囊15连接箱体外部的高压气源。

积极有益效果：本发明公开的滚刀复合磨蚀试验仪，结构简单，可以进行包含滚刀破岩磨蚀实验、滚刀岩屑磨蚀实验和滚刀岩屑与破岩复合磨蚀实验三中实验。通过开展滚刀岩屑与破岩复合磨蚀实验可实现探索不同的刀具推力、滚动速度（反映到盾构刀盘为推力、扭矩参数）对刀具磨损的影响，指导盾构施工，预测刀具更换位置与数量，最终达到降低盾构施工成本与预测施工工期的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的岩屑箱的结构示意图；

图中为：加载框架1、伺服压力油缸2、模型滚刀轴3、模型滚刀4、岩样5、岩样夹具6、岩样固定夹持扳手7、岩屑箱8、水平导轨9、导轨承台10、岩屑遗撒箱11、负载传感器12、水平位移传感器13、交流伺服电机14、气囊15、岩渣16。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步的说明：

如图1所示，滚刀复合磨蚀实验仪，包括加载框架1，以及设置在加载框架1内的水平测控加载测控分系统、垂直加载测控分系统、岩样与模型滚刀磨蚀作用机构、模型滚刀测量机构与分系统集成与实现自动控制系统；