用於隧道掘進機刀具破巖機理模態研究的試驗平臺的製作方法
2023-05-22 05:07:46
專利名稱：用於隧道掘進機刀具破巖機理模態研究的試驗平臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種試驗平臺，尤其涉及一種全斷面隧道掘進機(含TBM及盾構)刀盤刀具系統破巖機理研究的試驗平臺。
背景技術：
全斷面隧道掘進機作為地下工程的重要施工裝備與地質的適應性息息相關，隧道工程的安全與快速施工依賴於刀盤刀具系統的整體高效破巖，實踐中，對從刀盤刀具的工作原理、巖體的破裂形式、巖體破碎後的運動方式等方面對刀盤刀具的整體高效破巖機理缺乏深入研究，由於缺乏理論指導，造成刀盤刀具設計的不合理，造成實踐中刀盤刀具的非正常磨損，造成地表坍塌和房屋開裂等系列事故，造成人力物力資源的浪費
發明內容
·本發明的試驗平臺能通過更換不同形式的刀具，形成不同刀具組合的破巖模態試驗平臺，從刀盤刀具的工作原理、巖體的破裂形式、巖體破碎後的運動方式等方面對刀盤刀具的整體高效破巖機理進行深入研究，將解決刀盤刀具與圍巖耦合作用規律及破巖機理的科學問題，為隧道掘進機刀盤刀具的數位化設計提供關鍵理論依據與技術保障。該試驗平臺結構簡單，操作方便。本發明的試驗平臺通過以下技術方案實現一種用於隧道掘進機刀具破巖機理模態研究的試驗平臺，包括臺架、框架、伺服電機、液壓油缸、減速機、下落架、旋轉架、刀架、刀具、夾具、巖箱；其中，框架固定在臺架上，伺服電機、減速機、液壓油缸固定在框架內；伺服電機連接減速機，減速機連接旋轉架，減速機由伺服電機驅動，旋轉架通過伺服電機由減速機驅動；液壓油缸連接下落架，下落架由液壓油缸驅動，下落架與導向柱連接；刀架安裝在旋轉架上，刀具安裝在刀架上的夾具上，巖箱固定在臺架上並置於刀具下方；所述試驗平臺採用PC機控制。其中，所述刀架通過螺栓安裝在旋轉架上，所述刀具通過螺栓安裝在刀架上的夾具上。其中，所述巖箱通過螺栓與臺架固定連接。其中，所述臺架為桁架式龍門。其中，所述下落架與導向柱之間安裝有無油軸承。其中，所述液壓油缸的驅動採用比例換向閥控制。其中，所述液壓油缸安裝有分流閥。其中，所述液壓油缸的數量為四個且呈菱形分布。其中，所述框架和/或臺架為矩形和/或方形。下落架的上升下落工作通過控制，可以分工進和快進兩種模式；刀架的旋轉半徑可以調節，旋轉架的轉速可以調節，轉速變速範圍為0-7. lr/min，可以準確模擬刀具在工進過程中各種速度。
所述試驗平臺可以採用電液伺服裝置和變頻伺服電動馬達作為動力源，試驗刀具採用隧道掘進機實際施工中的通用滾刀模擬隧道掘進機純掘進刀盤掘進力矩及推進力，進行硬巖滾刀破巖模態試驗，或通過更換成軟土切刀進行切刀剪切模態試驗，或通過更換成撕裂刀進行撕裂刀衝擊破巖模態試驗。通過更換臺架上的刀座和刀具和調整刀間距，實現隧道掘進機硬巖掘進滾刀滾壓破巖原理臺架試驗、軟土掘進切刀剪切切削原理及撕裂刀衝擊破巖原理臺架試驗，為隧道掘進機的破巖基礎理論研究提供試驗裝置，有利於建立具有地質適應性的刀盤刀具設計理論，為刀盤刀具數位化設計提供理論依據。通過所述試驗平臺，可以實現如下試驗I、巖土可掘性實驗在巖樣不定的情況下，刀盤轉速一定，正壓力負載線性增加，若刀具壓入巖的最大侵深能滿足預定侵深(一般預定侵深為2. 5_)，則巖土可掘。2、刀架正推力實驗在巖樣一定情況下，刀架轉速在預定轉速下，得到正推力與刀 具壓入巖石侵深的關係。3、刀架扭矩實驗在巖樣一定，正推力為預定刀具壓入巖土侵深推力情況下，得到刀架扭矩與轉速的關係。4、巖石破巖角(或軟土剪切角)實驗在巖樣一定，測定巖石破壞破巖角(軟土破壞剪切角)。5、合理刀間距實驗根據測定巖石破壞破巖角(軟土破壞剪切角)，進行合理刀間距驗證實驗。
圖I為本發明的結構示意圖；其中1 :伺服電機；2 :液壓油缸；3 :減速機；4 :框架；5 :下落架；6 :旋轉架；7 :刀架；8 :刀具；9 :巖箱；10、導向柱；11、臺架。
具體實施例方式下面結合本發明實施實例做詳細說明本實例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於下述實例。實施例I :—種用於隧道掘進機刀具破巖機理模態研究的試驗平臺，包括臺架、框架、伺服電機、液壓油缸、減速機、下落架、旋轉架、刀架、刀具、夾具、巖箱；其中，框架固定在臺架上，伺服電機、減速機、液壓油缸固定在框架內；伺服電機連接減速機，減速機連接旋轉架，減速機由伺服電機驅動，旋轉架通過伺服電機由減速機驅動；旋轉架旋轉採用伺服電機通過行星減速機驅動，轉速變速範圍為0-7. lr/min，刀架旋轉半徑可調，這樣可以準確模擬刀具在工進過程中各種速度；液壓油缸連接下落架，下落架由液壓油缸驅動，液壓油缸的驅動採用比例換向閥控制，在下落架下落及上升過程中，運動同步、受力均勻；液壓油缸安裝有分流閥，液壓油缸的數量為四個且呈菱形分布；下落架與導向柱連接；下落架與導向柱之間安裝有無油軸承；刀架通過螺栓安裝在旋轉架上，刀具通過螺栓安裝在刀架上的夾具上，夾具為萬能夾具；巖箱固定在臺架上並置於刀具下方；臺架為桁架式龍門，所述試驗平臺採用PC機控制；框架和臺架均用高強度矩形管焊接而成，確保框架和臺架在試驗過程中的強度、剛度和穩定性，滿足變形量小的要求；巖箱採用矩形管焊接而成，巖樣固定在巖箱中，巖箱採用高強度螺栓與臺架總體剛接。實施步驟假設有以下隧道掘進機施工要求I、隧道掘進機掘進的邊界工況為花崗巖；2、刀具採用標準滾刀，軸承最大能承載的正壓力為25噸；3、採用三刀試驗。一、試驗準備
I、檢查試驗平臺各個連接螺栓是否鬆動和各個控制系統工作是否正常，如有異常可進行適當處理。確定總電源處於關閉狀態。2、取花崗巖樣本長1100mm,寬1100mm,高500mm,用混凝土把巖石固定到巖箱內。3、把刀具固定到刀架上，記錄下刀架在旋轉架上的位置，以確定刀具在旋轉架上的徑向距離。初步調定三把刀中心與旋轉架中心的距離分別為500mm, 400mm, 300mm。4、打開總電源，確定液壓系統溢流閥處於全開狀態。啟動上位機、液壓泵站和旋轉電機。確定上位機上各個檢測系統處於正常工作狀態。二、實驗I、巖石可掘性實驗I)採用下落架快進模式，使下落架快速接觸到花崗巖表面；2)採用下落架工進模式,設定旋轉架轉速為lr/min,設定下落架工作推力75T ；3)逐步使下落架繼續緩慢向下運動，油缸系統壓力逐漸增大(若壓力大於設定下落架推力75T，則試驗平臺自動停止工作)，觀察液壓系統壓力及刀具壓入花崗巖的侵深，如花崗巖的侵入度大於預定侵深(查閱相關文獻一般預定侵深為2. 5_)，則說明花崗巖可掘性滿足。4)關閉試驗平臺電源，完成巖石可掘性實驗。若巖石可掘性滿足，做如下實驗2、刀架正推力實驗刀架扭矩實驗巖石破巖角(軟土剪切角)實驗I)設定旋轉架轉速為lr/min,設定下落架工作推力75T ；2)逐步使下落架繼續緩慢向下運動，油缸系統壓力逐漸增大，觀察液壓系統壓力及刀具壓入花崗巖的侵深，測出正壓力與刀具侵深之間關係，從而指導隧道掘進機推進力參數設計。3、把轉速調為Or/min，直到每把刀正壓力達到25噸，逐步調整轉速，得到轉速與扭矩之間關係。最終可以知道旋轉架在達到預定侵深時不同轉速的扭矩，進而可以指導隧道掘進機刀盤的驅動動力裝置設計。4、測出花崗巖的破巖角度。5、根據測量出的破巖角度合理布置刀具在旋轉架上徑向的相對距離。進而指導隧道掘進機刀間距設計。根據實驗結果，得到的啟示I、可以合理的預算本段地質結構是否滿足工程掘進需求。2、指導隧道掘進機的推進動力裝置和旋轉動力裝置設計。
3、合理布置刀盤上的刀間距。本實例表明該試驗平臺能很好實現隧道掘進機刀具破巖模態試驗，為隧道掘進機刀盤刀具數位化設計提供理論依據。·
權利要求
1.一種用於隧道掘進機刀具破巖機理模態研究的試驗平臺，其特徵在於包括臺架、框架、伺服電機、液壓油缸、減速機、下落架、旋轉架、刀架、刀具、夾具、巖箱；其中，框架固定在臺架上，伺服電機、減速機、液壓油缸固定在框架內；伺服電機連接減速機，減速機連接旋轉架，減速機由伺服電機驅動，旋轉架通過伺服電機由減速機驅動；液壓油缸連接下落架，下落架由液壓油缸驅動，下落架與導向柱連接；刀架安裝在旋轉架上，刀具安裝在刀架上的夾具上，巖箱固定在臺架上並置於刀具下方；所述試驗平臺採用PC機控制。
2.根據權利要求I所述的試驗平臺，其特徵在於所述刀架通過螺栓安裝在旋轉架上，所述刀具通過螺栓安裝在刀架上的夾具上。
3.根據權利要求I所述的試驗平臺，其特徵在於所述巖箱通過螺栓與臺架固定連接。
4.根據權利要求I所述的試驗平臺，其特徵在於所述臺架為桁架式龍門。
5.根據權利要求I所述的試驗平臺，其特徵在於所述下落架與導向柱之間安裝有無油軸承。
6.根據權利要求I所述的試驗平臺，其特徵在於所述液壓油缸的驅動採用比例換向閥控制。
7.根據權利要求I所述的試驗平臺，其特徵在於所述液壓油缸安裝有分流閥。
8.根據權利要求7所述的試驗平臺，其特徵在於所述液壓油缸的數量為四個且呈菱形分布。
9.根據權利要求I至8任一所述的試驗平臺，其特徵在於所述框架和/或臺架為矩形和/或方形。
全文摘要
本發明涉及一種用於隧道掘進機刀具破巖機理模態研究的試驗平臺，其特徵在於包括臺架、框架、伺服電機、液壓油缸、減速機、下落架、旋轉架、刀架、刀具、夾具、巖箱；其中，框架固定在臺架上，伺服電機、減速機、液壓油缸固定在框架內；伺服電機連接減速機，減速機連接旋轉架，減速機由伺服電機驅動，旋轉架通過伺服電機由減速機驅動；液壓油缸連接下落架，下落架由液壓油缸驅動，下落架與導向柱連接；刀架安裝在旋轉架上，刀具安裝在刀架上的夾具上，巖箱固定在臺架上並置於刀具下方；所述試驗平臺採用PC機控制。本發明的試驗平臺能為隧道掘進機刀盤刀具的數位化設計提供理論依據。該試驗平臺結構簡單，操作方便。
文檔編號G01N3/58GK102841030SQ201110170070
公開日2012年12月26日 申請日期2011年6月22日 優先權日2011年6月22日
發明者洪開榮, 陳饋, 李鳳遠, 張兵, 陳啟偉, 韓偉鋒, 張合沛 申請人:中鐵隧道集團有限公司