[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

说明书

本发明公开了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，包括刀具部分、围压装置、底板、联轴器、电机、重物块、导轨、滑块和支撑板；本发明刀具部分在岩石试样上保持圆周转动，同时在竖直方向上做贯穿运动。为确保刀具始终与完整的岩石试样接触，可使用压缩空气和吸力清除轨道上的灰尘和碎屑，以保证结果更加接近实际值。该测试方法具有很强的能力来评估滚动刀具的磨料磨损以对滚刀寿命进行预测，即耐磨性与压痕成反比，同时岩样硬度越高，滚刀磨损量越高，所产生的的压痕越浅，该关系表明，刀具磨损取决于岩石表面硬度或刀具盘对压痕的抵抗力。

技术领域

本发明涉及一种隧道掘进机滚刀磨损实验方法，尤其涉及一种考虑地应力场影响的隧道掘进机滚刀磨损实验方法，属于隧道与地下工程技术领域

背景技术

全断面岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine，简称TBM)是开掘各类岩石隧道的关键装备，TBM法已成为众多山岭隧道施工的首选方案。在隧道掘进过程中，滚刀难免会发生磨损，滚刀的磨损对其破岩性能和施工成本有重要影响。因此，对滚刀磨损量进行可靠预测，对于规划项目成本、指导滚刀检修更换、提高总体掘进速度等具有重要意义。

目前较为普遍采用的滚刀磨损或岩石磨蚀性评估试验方法，如赛卡磨蚀性试验等，并非专门针对滚刀磨损评估而开发，所测试的刀具试件的运动为受压滑动，这与实际滚刀破岩时的滚压状态不同，无法真实再现TBM滚刀的磨损行为。同时，国内外学者研制了多款全尺度或小尺度直线、回转滚刀破岩试验平台，在这些试验平台中，滚刀的运动形式虽然为滚压，但由于切削距离较短、切削速度较慢，这些平台可用于研究滚刀破岩机理，但不适于滚刀磨损分析评估。鉴于此，开发一种考虑地应力场影响的隧道掘进机滚刀磨损实验方法，以尽可能接近实际情况评估TBM滚刀磨损及岩石磨蚀性，具有重要的理论意义和应用价值。开发一种考虑地应力场影响的隧道掘进机滚刀磨损实验方法，同时研制出一种滚刀磨损预测试验装置，以尽可能接近实际情况评估TBM滚刀磨损及岩石磨蚀性。

目前较为普遍采用的滚刀磨损或岩石磨蚀性评估试验方法并非专门针对滚刀磨损评估而开发，所测试的刀具试件的运动为受压滑动，这与实际滚刀破岩时的滚压状态不同，无法真实再现TBM滚刀的磨损行为。

发明内容

本发明的技术目的在于开发一种考虑地应力场影响的隧道掘进机滚刀磨损实验方法，同时研制出一种滚刀磨损预测试验装置，以便于深入揭示滚刀磨损机制，预测滚刀磨损量评估滚刀使用寿命。

本发明采用的技术方案为一种考虑地应力场影响的隧道掘进机滚刀磨损实验装置，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。

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。