[发明专利]测定盾构刀具在越江海砂层中磨损系数的试验装置和方法

说明书

本发明提供了一种测定盾构刀具在越江海砂层中磨损系数的试验装置和方法。该装置包括：试验台架、试验材料箱、模型刀盘、模型刀具、转速传感器、扭矩传感器、气泵和PLC控制系统；试验台架由四根圆柱形立柱、上顶板、限位活动板、底板、液压驱动马达固定支架和底座组成，试验材料箱内装入模拟越江海砂层的试验材料；模型刀具安装在模型刀盘上，气泵通过输气管连接在试验材料箱上，对试验材料箱进行加压，转速传感器和扭矩传感器分别通过数据线与PLC控制系统相连。本发明可以得到不同石英含量下刀具磨损系数平均值，通过不同石英含量的磨损系数平均值拟合出石英含量与刀具磨损系数的关系，可探究越江海砂层中石英含量对刀具磨损的影响。

技术领域

本发明涉及刀具检测技术领域，尤其涉及一种测定盾构刀具在越江海砂层中磨损系数的试验装置和方法。

背景技术

越江海隧道由于其独特的不受气候影响、通行能力稳定、抵抗战争破坏强以及不破坏航运等特点，日益成为城市、地区、甚至国家之间的重要连接手段和交通命脉。在越江海隧道盾构施工过程中，刀具严重磨损导致的开仓换刀问题难以避免，但水下开仓换刀风险极大，极大地增加了施工成本与工程风险，无法预期的开仓换刀时间以及开仓换刀带来的风险成为了限制越江海盾构隧道发展的重要限制因素之一。作为越江海盾构隧道掘进过程中的最主要的技术难题之一，如何有效地预测刀具磨损，控制和减少刀具磨损，并人为地合理地选择开仓换刀时机对越江海地层盾构施工至关重要。

砂层在越江海盾构穿越工程中十分常见，在砂层地层中，石英含量的多少一定程度上决定了刀具的磨损量的大小，但是目前还没有关于石英含量与刀具磨损系数相关性的定量研究。同时，探究越江海砂层中盾构刀具的磨损系数与石英含量的关系，需要设计相应的试验装置及试验方法对其进行探究。因此，为了对越江海砂层中盾构刀具的磨损进行预测，指导盾构适时的开仓换刀，保证在越江海砂层中盾构施工安全顺利的进行，有必要研究一种可测定盾构刀具在越江海砂层中磨损系数的模型试验装置及试验方法。

发明内容

本发明的实施例提供了一种测定盾构刀具在越江海砂层中磨损系数的试验装置和方法，以解决上述背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一方面，提供了一种测定盾构刀具在越江海砂层中磨损系数的试验装置，包括：试验台架、试验材料箱、模型刀盘、模型刀具、转速传感器、扭矩传感器、气泵和PLC控制系统；

所述试验台架由四根圆柱形立柱、上顶板、限位活动板、底板、液压驱动马达固定支架和底座组成，其中，四根圆柱形立柱用于固定上顶板、限位活动板和底板；

所述试验材料箱固定安装在试验台架的底板上，箱内装入模拟越江海砂层的试验材料；所述模型刀具安装在所述模型刀盘上，气泵通过输气管连接在试验材料箱上，对试验材料箱进行加压，所述转速传感器和所述扭矩传感器分别通过数据线与PLC控制系统相连。

优选地，所述试验台架的立柱上端为阶梯型，用于上顶板的安装，上顶板中部留有一圆孔，为推进中心轴承的竖向运动提供空间，液压驱动马达固定支架焊接于限位活动板上，底板用于固定试验材料箱。

优选地，所述模型刀盘由中心圆板、刀盘辐条、刀盘环架和可装卸面板组成，其中，中心圆板与刀盘环架通过四根刀盘辐条焊接在一起，四根刀盘辐条成十字形布置，可装卸面板通过螺栓与中心圆板和刀盘环架连接。

优选地，所述中心圆板背面焊接刀盘连接座，该刀盘连接座与推进中心轴承栓接，正面预留螺栓孔，在该螺栓孔上安装刀座，模型刀具安装于刀座上。

优选地，所述刀盘辐条两侧沿其长边布置两贯穿的螺栓孔，在该螺栓孔上安装模型切刀。

优选地，所述刀盘面板能够根据需要同时模拟盾构刀盘上不同位置的刀具，并改变刀间距，所述模型刀具能够根据试验需求改变模型刀具的倒角、刃角、刃宽形状参数及模型刀具的硬度。