[发明专利]一种高压水射流滚刀多自由度复合破岩实验装置

说明书

本发明公开了一种高压水射流滚刀多自由度复合破岩实验装置，包括破岩主体结构和设置在破岩主体结构两侧的液压驱动系统、水射流加压装置、电控柜以及磨料供给装置，在所述破岩主体结构中滚刀和水射流喷嘴都装在刀座上，所述液压驱动系统为所述破岩主体结构中的液压缸提供驱动力，所述水射流加压装置生成高压水并输送到喷嘴，所述电控柜控制液压驱动系统和水射流加压装置工作；所述磨料供给装置为喷嘴喷出的水射流提供磨料；装有岩石试样的石仓可在纵向和横向来回移动，滚刀刀座可在竖直方向上下移动，滚刀和水射流喷嘴在刀座上的相对位置和角度可调。本发明所述的实验装置既可以进行独立的高压水射流破岩实验或滚刀破岩实验，也可以进行高压水射流滚刀复合破岩实验，且其各种组合及相关参数可以独立调整。

技术领域

本发明特别涉及一种用于隧道工程领域的TBM(硬岩掘进机)掘进刀具切削岩石的实验装置，尤其是涉及一种高压水射流滚刀多自由度复合破岩实验装置。

背景技术

近年来随着我国地下空间工程建设需求越来越多，施工速度要求越来越快，TBM硬岩掘进机的应用也越来越广泛，盘形滚刀作为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，因此随之针对TBM刀具破岩特性开展的实验研究也越来越多，但发展到现在纯机械刀具破岩技术突破已经减缓，快到达瓶颈阶段，特别是在极硬岩等恶劣工况下的应用，因此亟需开展新型破岩方式的研究。

通过对国内相关文献及资料的检索发现，高压水射流与截齿联合破岩的研究有一些，如《高压水射流对采煤机截煤性能的影响》、《水射流-机械刀具联合破岩的影响因素试验研究》和《高压水射流–机械齿联合破岩数值模拟研究》等论文中均探究了高压水射流对截齿破岩的影响；另外高压水射流在板料切割等方面的应用越来越多，而单独滚刀破岩实验装置也有很多，如中南大学申请的专利号为CN 103969141 A，名称为《一种硬岩滚刀破岩特性测试装置》发明专利与中铁隧道局集团有限公司申请的专利号为CN 207908291 U，名称为《测量三自由度滚刀破岩及磨损的实验装置》发明专利等均介绍了一种滚刀破岩实验装置，但对高压水射流与滚刀复合破岩这种新型的研究还较少，二者复合破岩实验台的研制则更少。

因此为了方便研究滚刀与高压水射流复合破岩特性，探究二者不同组合方式下的破岩效率，本发明专利提出了一种高压水射流滚刀多自由度复合破岩实验装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高压水射流滚刀多自由度复合破岩实验装置。发明的技术解决方案如下：

一种高压水射流滚刀多自由度复合破岩实验装置，包括破岩主体结构和设置在破岩主体结构两侧的液压驱动系统、水射流加压装置、电控柜以及磨料供给装置；

所述破岩主体结构包括基座，固定在基座上的纵移液压缸，平行布置于纵移液压缸两侧并与基座固定的纵移导轨，滑动装在纵移导轨上的纵移石仓支撑座，固定在纵移石仓支撑座上的横移液压缸和横移导轨，滑动装在横移导轨上的横移石仓支撑座，装有岩石试样的石仓放置在横移石仓支撑座上；还包括对称设置在纵移液压缸两侧并与基座固定的的四根立柱，固定在四根立柱顶部并与四根立柱形成龙门架结构的横梁，固定在横梁中心位置的竖直液压缸，与竖直液压缸伸出端固定连接且可沿着四根立柱内侧滑动的活动横梁，固定在活动横梁中心下方的刀座，以及装在所述活动横梁和刀座之间的三向力传感器，滚刀和水射流喷嘴都装在刀座上；

所述液压驱动系统包括分别为纵移液压缸、横移液压缸、竖直液压缸提供油压的纵移液压泵、横移液压泵、竖直液压泵，以及对应的液压回路和油箱；

所述水射流加压装置包括底架，固定在底架上用管路依次连接的轻型离心泵、过滤器和高压泵，还包括为高压泵提供动力的电机，所述电机与高压泵之间通过皮带装置传动；自来水从所述轻型离心泵进水口流进，依次流经所述轻型离心泵、过滤器和高压泵成为高压水，再流经连接高压泵出水口和所述水射流喷嘴的特质管路，最后从水射流喷嘴喷出，射向岩石试样；