[发明专利]一种考虑地应力场影响的隧道掘进机滚刀磨损实验装置及方法

权利要求书

1.一种考虑地应力场影响的隧道掘进机滚刀磨损实验装置，其特征在于：包括刀具部分(1)、围压装置(2)、底板(3)、联轴器(4)、电机(5)、重物块(6)、导轨(7)、滑块(8)和支撑板(9)；所述刀具部分(1)的刀头与围压装置(2)接触，所述的围压装置(2)安装在底板(3)上；所述刀具部分(1)的刀尾通过联轴器(4)与电机(5)的输出轴连接；电机(5)通过两块支撑板(9)安装在导轨(7)上，第一块支撑板(9)通过滑块(8)与试验装置两侧的导轨(7)滑动配合；第一块支撑板(9)上放置有重物块(6)；第二块支撑板(9)的中部与电机(5)的中间滑动配合连接，第二块支撑板(9)与导轨(7)固定连接为一个整体；所述的第一块支撑板(9)和滑块(8)为电机(5)的竖向调节结构；所述的刀具部分(1)为隧道掘进机滚刀；所述的围压装置(2)用以盛放岩石试样(16)。

2.根据权利要求1所述的一种考虑地应力场影响的隧道掘进机滚刀磨损实验装置，其特征在于：所述围压装置(2)中，岩石试样(16)为方形结构，方形结构的四周周向被顶板(15)的所围护；两个相邻的所述顶板(15)为加载结构，另两个相邻的所述顶板(15)为反馈结构；加载结构的顶板(15)外侧设有薄油缸(17)进行加载，以调节围压装置(2)的围压数值；反馈结构的顶板(15)外侧设有压力传感器进行反馈；所述薄油缸(17)与岩石试样(16)之间，顶板(15)与岩石试样(16)之间均通过螺栓(19)连接；所述薄油缸(17)以及压力传感器(18)的外侧由外框架(14)进行固定围护。

3.根据权利要求1所述的一种考虑地应力场影响的隧道掘进机滚刀磨损实验装置，其特征在于：所述刀具部分(1)包括夹持装置(10)、微型刀具(11)和凸肩螺栓(12)；所述刀具部分(1)的轴承安装在微型刀具(11)中心，微型刀具(11)上设有轴承内孔，夹持装置(10)的预留孔与微型刀具(11)的轴承内孔对齐，并通过凸肩螺栓(12)连接在一起；所述凸肩螺栓(12)的头部为螺纹，其余部分为光杆，保证连接可靠的同时，使微型刀具(11)发生转动；所述微型刀具(11)为隧道掘进机滚刀的等效模型结构，即按比例等效缩小模型。

4.根据权利要求1所述的一种考虑地应力场影响的隧道掘进机滚刀磨损实验装置，其特征在于：实验加载时，刀具部分(1)与岩石样品接触，随着微型刀具(11)的刀尖在岩石样品上发生转动，岩石样品出现浅压痕，随着微型刀具(11)转动圈数增加、岩石碎屑不断被吸走，压痕深度随之加深；通过微型刀具(11)的重量与压痕计算隧道掘进机滚刀磨损。

5.根据权利要求1所述的一种考虑地应力场影响的隧道掘进机滚刀磨损实验装置，其特征在于：基于上述试验装置进行的隧道掘进机滚刀磨损实验方法，该隧道掘进机滚刀磨损实验方法具体实验步骤如下：

步骤1试验前将所选岩石试样准备好，按照标准选择选择长宽100mm的岩石试样，并放置于围压装置(2)中；

步骤2选择围压装置(2)的围压大小，通过调整油缸的输出压力改变试验围压数值大小；

步骤3将电机(5)及刀具部分(1)通过联轴器(4)连接后放置于支撑板上，确定围压装置(2)的围压大小后，电机(5)与刀具部分(1)通过滑块(8)在导轨(7)上的移动匀速下降直到微型刀具(11)接触到岩石试样(16)；

步骤4在支撑板上放置重物块，调节电机输出转速，所有工作准备好后启动电机(5)；

步骤5观察微型刀具(11)在岩石试样(16)上的滚动，同时利用带吸力的装置清除轨道上的灰尘和碎屑，保证微型刀具与岩石试样(16)的完全接触；

步骤6进行多组试验，记录试验后微型刀具(11)的重量与压痕深浅。