[发明专利]一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置

说明书

本发明公开了一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置。本发明属于TBM滚刀行为模拟的试验装置领域，尤其涉及一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置。本发明解决了现有技术中TBM在工作中刀具的失效，在掘进过程中需要更换刀具，更换刀具不仅工作量大而且存在危险的问题。本发明的方案：包括基座，基座上连接有导柱，导柱连接有移动架，基座和移动架之间固定设置有液压进给系统移动架连接有刀盘系统，刀盘系统上设置有刀具系统，基座连接有岩箱架，岩箱架连接有偏载油缸。本发明能够模拟刀盘的偏载工况，测得刀具的受力和磨损等情况，研究TBM刀盘偏载工况下的破岩和磨损机理规律，以便对滚刀的结构及工作参数进行相应改进，提高刀具破岩效率和寿命。

技术领域

本发明属于TBM滚刀行为模拟的试验装置领域，尤其涉及一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置。

背景技术

TBM是大型的复杂设备，且对地质有很强针对性。地质条件的多样性，这导致了TBM的结构形式和性能参数的多样化。现有的数学和力学模型还难以准确地描述各个因素对刀具破岩效率的影响。且隧道施工现场环境恶劣，通过施工现场进行试验需要承担巨大的安全风险和经济代价。因此，搭建实验台进行室内模拟试验，全面深入地探究TBM刀具与岩土的相互作用过程，弄清楚TBM刀具磨损机制，建立盾构隧道掘进机刀具相关评价机制，具有重要的意义。

目前，TBM(全断面硬岩掘进)掘进技术得到了快速发展，被广泛地应用于水利水电、交通、市政和国防等地下空间工程中。滚刀是TBM(Tunnel Boring Machine，隧道掘进机)上切削破碎岩石的主要刀具，其破岩机理为跃进时冲击压碎岩石以及压下后剪切碾碎破岩。刀盘(301)上不同安装半径的滚刀的破岩机理和切削性能是不相同的。

现有技术中，安装半径较大的滚刀破岩机理为刃底挤压破岩与刃侧剪切破岩相结合；安装半径小的滚刀，即中心滚刀同样存在刃底挤压破岩效应，但由于其安装半径较小，导致其刃侧会产生较为强烈的侧碾效应(刀刃靠近刀盘中心的一侧会碾压岩石)。刀具的失效，在掘进过程中需要更换刀具，更换刀具不仅工作量大而且存在危险，所以有必要对滚刀，特别是不同安装半径滚刀切割破碎岩土时刀具的载荷特性及岩土的破碎效果进行分析，以便对滚刀的结构及工作参数进行相应改进，延长滚刀的使用寿命。

发明内容

针对现有技术中TBM在工作中刀具的失效，在掘进过程中需要更换刀具，更换刀具不仅工作量大而且存在危险的问题，本发明提供一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置，其目的在于：能够模拟刀盘的偏载工况，测得刀具的受力和磨损等情况，研究TBM刀盘偏载工况下的破岩和磨损机理规律，以便对滚刀的结构及工作参数进行相应改进，提高刀具破岩效率和寿命。

本发明采用的技术方案如下：

一种可模拟TBM刀盘偏载工况的试验装置,包括基座，所述基座上设置有安装孔，所述基座上连接有导柱，所述导柱通过安装孔贯穿基座，所述导柱连接有移动架，所述基座和移动架之间固定设置有液压进给系统，所述移动架上固定连接有驱动系统，所述驱动系统连接有传动系统，所述传动系统连接有刀盘系统，所述刀盘系统上设置有刀具系统，所述基座连接有岩箱架，所述岩箱架内设置有岩箱系统，所述刀具系统与岩箱系统相配合，所述岩箱架连接有偏载油缸。

采用了此方案，此装置由岩箱系统、刀具系统、刀盘系统、传动系统、移动架、驱动系统、液压进给系统、导柱、基座等组成；岩箱系统通过螺栓固定在基座相应位置，在实验时充当掌子面；刀盘系统与传动系统通过螺栓连接，为刀盘转动提供动力；导柱安装在基座开设的安装孔中，并与安装在移动架上的直线轴承配合导向和承受破岩时的反向转矩；液压进给系统通过螺栓分别与移动架和基座相连，提供刀具系统进给的动力，偏载油缸推动岩箱架绕底部销轴转动，实现岩样与垂直平面之间的夹角在-5°到5°之间调节，模拟TBM的偏载工况，以便对滚刀的结构及工作参数进行相应改进，提高刀具破岩效率和寿命。

优选的，所述刀盘系统上设置有数组承载肋板，所述承载肋板上设置有T型槽，所述T型槽上固定连接有刀具系统。