專利名稱：一種位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于隧道工程領(lǐng)域的盾構(gòu)多滾刀的切削試驗(yàn)平臺(tái)，尤其是涉及盤形滾刀 的位置可調(diào)的回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)是中國工程建設(shè)快速發(fā)展的世紀(jì)，進(jìn)入新世紀(jì)，水利、能源、交通等大型工程的 開發(fā)已成為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重點(diǎn)。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)以及西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí) 施，鐵路、公路、大中型水電站建設(shè)以及南水北調(diào)等工程都將有大量的長、大隧道需要建設(shè)， 現(xiàn)代化城市建設(shè)中的地鐵工程、市政工程(排污水管、輸水管)、越江隧道也在不斷增加。盾 構(gòu)工法憑借它自身的優(yōu)點(diǎn)逐漸成為施工單位的首選，而在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，刀具的性能和施 工中的正確使用與隧道的掘進(jìn)速度和掘進(jìn)成本密切相關(guān)。工程實(shí)踐表明，刀盤上刀具的檢査、 更換與維修等作業(yè)的時(shí)間約占掘進(jìn)施工總時(shí)間的三分之一，而刀具的費(fèi)用約占掘進(jìn)施工費(fèi)用
的三分之一，因此很有必要對(duì)刀具的切削性能進(jìn)行深入的研究。
盤形滾刀是盾構(gòu)機(jī)上切削破碎巖石的主要刀具，它主要通過對(duì)巖石進(jìn)行滾壓，實(shí)現(xiàn)巖石 的切割破碎。在挖掘高強(qiáng)度的巖石層并且在長距離的情況下，盤形滾刀的磨損和損耗會(huì)很快， 這就要求頻繁地更換盤形滾刀，但更換刀具不僅工作量大而且很危險(xiǎn)，因此有必要對(duì)盤形滾 刀特別是多把盤形滾刀配合切割時(shí)^滾刀的受力狀況進(jìn)行分析，以便對(duì)滾刀的破巖機(jī)理進(jìn)行研 究，對(duì)盤形滾刀結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，以延長盤形滾刀的切削壽命。
目前美國科羅拉多礦業(yè)學(xué)院，國內(nèi)上海交通大學(xué)、東北工學(xué)院等高等院校對(duì)滾刀的切削 機(jī)理進(jìn)行了研究，科羅拉多礦業(yè)學(xué)院制作了單把滾刀的線性切割試驗(yàn)臺(tái)(Linear Cutting Machine),國內(nèi)東北工學(xué)院研制了單把滾刀的巖石破碎試驗(yàn)臺(tái)，但未見到相關(guān)專利的發(fā)表。 為準(zhǔn)確揭示盤形滾刀實(shí)際工作過程中的破巖機(jī)理，系統(tǒng)地反映刀間距和相位角對(duì)盤形滾刀切 削巖體的影響，因此發(fā)明了這種滾刀位置可調(diào)的回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)3把盤形滾刀 的安裝，模擬盤形滾刀破碎巖石時(shí)本身自轉(zhuǎn)和隨著刀盤公轉(zhuǎn)的狀況，并可實(shí)現(xiàn)盤形滾刀相位 角和刀間距的調(diào)整，從而系統(tǒng)地測(cè)得滾刀的受力狀況，研究盤形滾刀的破巖機(jī)理，以提高盤 形滾刀的切削壽命。
本發(fā)明主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明主要由頂部支架，滑槽導(dǎo)軌，連接體， 滾刀座，盤形滾刀，立柱，土倉，垂直液壓缸，液壓馬達(dá)，土倉支撐座，回轉(zhuǎn)支承，底座和地基架等組成。其特征在于，固定土倉的土倉支撐座與固定在地基架上的矩形底座之間采用 回轉(zhuǎn)支承，并由2個(gè)液壓馬達(dá)同步驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)裝在馬達(dá)安裝架上，馬達(dá)安裝架安裝 在地基架上；回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈固定在矩形底座上，外圈與土倉支撐座連接；土倉固定在土倉 支撐座上，土倉帶有凸緣，凸緣下連接有四個(gè)均勻分布的固定在土倉支撐座上的液壓缸，實(shí) 現(xiàn)土倉在垂直方向上的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；固定在土倉支撐座上的四根導(dǎo)柱穿過該土倉的外壁，對(duì)土 倉垂直運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用，同時(shí)將回轉(zhuǎn)支承傳來的扭矩傳遞給土倉，使土倉能夠旋轉(zhuǎn)；土倉兩 側(cè)垂直布置六根立柱，立柱下方也固定在地基架上，立柱頂端固定一開有四道環(huán)形凹槽的頂 部支架，形成一矩形框架，頂部支架下方連接有三個(gè)滑槽導(dǎo)軌，每個(gè)滑槽導(dǎo)軌下方通過連接 體各連接有一盤形滾刀座，盤形滾刀裝在滾刀座上；試驗(yàn)臺(tái)電氣系統(tǒng)采用PLC控制，由液壓 系統(tǒng)提供動(dòng)力，有工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、壓力傳感器、流量傳感器、編碼器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、 高速數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)對(duì)切削沿途的過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)控系統(tǒng)。
所述的頂部支架的凹槽對(duì)稱分布，為弧形凹槽，它們的角度重合量能夠保證每把盤形滾 刀有O。 ~120°的相位角移動(dòng)量。
所述的滑槽導(dǎo)軌與頂部支架采用螺栓螺母連接，通過滑槽導(dǎo)軌在凹槽內(nèi)的移動(dòng)可實(shí)現(xiàn)盤 形滾刀相位角的調(diào)整。
所述的連接體靠螺栓螺母連接在滑槽導(dǎo)軌的凹槽里，通過連接體的連接螺桿在凹槽里的 移動(dòng)可實(shí)現(xiàn)盤形滾刀的切削半徑的調(diào)整。
所述的相鄰兩把盤形滾刀的刀間距在切削過程中始終保持不變，在停止?fàn)顟B(tài)，可根據(jù)需 要在40~120mm之間調(diào)整刀間距。
所述的盤形滾刀座上裝的傳感器為三向力傳感器，用來測(cè)量盤形滾刀切削巖體時(shí)所受的 三向力狀況。
所述的液壓缸上裝有內(nèi)置式位移傳感器，進(jìn)出口油路上裝有壓力傳感器和流量傳感器， 用來測(cè)量液壓缸的壓力、速度和盤形滾刀的貫入度。
所述的液壓馬達(dá)上的進(jìn)出口油路上安裝了壓力和流量傳感器，回轉(zhuǎn)支承上裝了編碼器， 用來測(cè)試切削時(shí)扭矩、回轉(zhuǎn)速度和能耗。
所述的高速數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)，可對(duì)盤形滾刀切削巖體的過程進(jìn)行微觀攝影，便于研究盤形 滾刀破巖的微觀機(jī)理。
本發(fā)明裝置簡(jiǎn)單、靈活多變、可重復(fù)使用，可模擬進(jìn)行3把滾刀回轉(zhuǎn)切削巖石的實(shí)驗(yàn)； 不僅考慮到了盤形滾刀回轉(zhuǎn)切削與直線切削的不同，并可實(shí)現(xiàn)盤形滾刀在相位角和切削半徑 上的調(diào)整，最大限度地接近實(shí)際情況中盤形滾刀的切削狀況，可準(zhǔn)確獲得在試驗(yàn)時(shí)盤形滾刀 的貫入度、切削速度及所受的三向力狀況，以及巖石切削破碎時(shí)的微觀機(jī)理照片，整個(gè)實(shí)驗(yàn)直觀準(zhǔn)確，為系統(tǒng)地研究滾刀破巖機(jī)理和改進(jìn)滾刀結(jié)構(gòu)以延長盤形滾刀切削壽命提供依據(jù)。


圖1為位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)主視圖； 圖2為位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)D-D向視圖； 圖3為位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)A-A向視圖； 圖4為位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)B向頂部支架視圖； 圖5為位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)C向頂部支架視圖； 圖6為位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)滾刀安裝方式示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括有螺栓l、螺母2、墊板3、頂部支架4、滑槽導(dǎo)軌5、連接體6、 滾刀座7、盤形滾刀8、導(dǎo)向柱9、立柱ll、 土倉IO、垂直液壓缸12、液壓馬達(dá)20、 土倉支 撐座13、回轉(zhuǎn)支承14、小齒輪15、底座17和地基架18等。固定土倉10的土倉支撐座13 與固定在地基架18上的矩形底座17之間采用回轉(zhuǎn)支承14，并由2個(gè)液壓馬達(dá)20同步驅(qū)動(dòng) 回轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)20裝在馬達(dá)安裝架16上，馬達(dá)安裝架安裝在地基架18上。回轉(zhuǎn)支承14的 內(nèi)圈固定在矩形底座15上，外圈與土倉支撐座13連接。土倉10帶有凸緣，凸緣下連接有四 個(gè)均勻分布的固定在土倉支撐座13上的垂直液壓缸12，垂直液壓缸12可實(shí)現(xiàn)土倉在垂直方 向上的運(yùn)動(dòng)。固定在土倉支撐座13上的四根導(dǎo)柱9穿過土倉10的外壁，主要是對(duì)土倉10在 上升過程中起導(dǎo)向作用，同時(shí)將回轉(zhuǎn)支承14的扭矩傳遞到土倉10上去。兩側(cè)垂直布置六根 立柱11，立柱11下方固定在地基架18上，立柱11頂端固定一開有四道環(huán)形凹槽的頂部支架 4，形成一矩形框架。頂部支架4下方連接有三個(gè)滑槽導(dǎo)軌5，每個(gè)滑槽導(dǎo)軌5下方通過連接 體6各連接有一盤形滾刀座7，盤形滾刀8裝在滾刀座7上。
具體工作過程是
工作時(shí)先將巖土試驗(yàn)材料19加入土倉10內(nèi)，然后驅(qū)動(dòng)垂直液壓缸12使土倉10上升到
一定的位置，確保盤形滾刀8有一個(gè)合適的貫入深度，并且使盤形滾刀8承受適當(dāng)?shù)膲毫Γ?br> 在液壓缸上升過程導(dǎo)向柱9起導(dǎo)向作用。而后驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)20，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承14轉(zhuǎn)動(dòng)，使
其產(chǎn)生合適的轉(zhuǎn)速，同時(shí)通過導(dǎo)向柱9將扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞到土倉10上來，以此來模擬盾構(gòu)刀
盤切削巖體時(shí)盤形滾刀8的切削狀況，并可通過滾刀座7、液壓缸12和液壓馬達(dá)20上裝有
的傳感器實(shí)時(shí)獲得關(guān)于盤形滾刀8的貫入深度、切削速度及所受的三向力的數(shù)據(jù)，也可用高
速數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)獲取盤形滾刀8破碎巖土試驗(yàn)材料19時(shí)微觀照片。完成巖體切削之后，根據(jù)
需要可將頂部支架4上端的螺母2擰松，使得滑槽導(dǎo)軌5能夠在頂部支架4的凹槽內(nèi)移動(dòng)，
在其他條件不變的情況下完成盤形滾刀8相位角的調(diào)節(jié)；或者亦可將連接體6的連接螺母擰松，使得連接體6能夠在滑槽導(dǎo)軌5內(nèi)移動(dòng)，在其他條件不變的情況下完成盤形滾刀8切削 半徑的調(diào)節(jié)；當(dāng)然亦可同時(shí)移動(dòng)兩者，以實(shí)現(xiàn)盤形滾刀8相位角和切削半徑的同時(shí)調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1、一種位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)，主要由頂部支架(4)、滑槽導(dǎo)軌(5)、連接體(6)、滾刀座(7)、盤形滾刀(8)、立柱(11)、土倉(10)、驅(qū)動(dòng)液壓缸(12)、液壓馬達(dá)(20)、土倉支撐座(13)、回轉(zhuǎn)支承(14)、矩形底座(17)和地基架(18)組成，其特征在于固定土倉(10)的土倉支撐座(13)與固定在地基架(18)上的矩形底座(17)之間采用回轉(zhuǎn)支承(14)，并由2個(gè)液壓馬達(dá)(20)同步驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)(20)裝在馬達(dá)安裝架(16)上，馬達(dá)安裝架(16)安裝在地基架(18)上；回轉(zhuǎn)支承(14)的內(nèi)圈固定在矩形底座(17)上，外圈與土倉支撐座(13)連接；土倉(10)固定在土倉支撐座(13)上，土倉(10)帶有凸緣，凸緣下連接有四個(gè)均勻分布的固定在土倉支撐座(13)上的液壓缸(12)，實(shí)現(xiàn)土倉(10)在垂直方向上的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；固定在土倉支撐座(13)上的四根導(dǎo)向柱(9)穿過土倉(10)的外壁，導(dǎo)向柱(9)對(duì)土倉(10)垂直運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用，同時(shí)將回轉(zhuǎn)支承(14)傳來的扭矩傳遞給土倉(10)，使土倉(10)能夠旋轉(zhuǎn)；土倉(10)兩側(cè)垂直布置六根立柱(11)，立柱(11)下方固定在地基架(18)上，立柱(11)頂端固定一開有四道環(huán)形凹槽的頂部支架(4)，形成一矩形框架；頂部支架(4)下方連接有三個(gè)滑槽導(dǎo)軌(5)，每個(gè)滑槽導(dǎo)軌(5)下方通過連接體(6)各連接有一盤形滾刀座(7)，盤形滾刀(8)裝在滾刀座(7)上；試驗(yàn)臺(tái)電氣系統(tǒng)采用PLC控制，由液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，有工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、壓力傳感器、流量傳感器、編碼器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、高速數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)對(duì)切削沿途的過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)控系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的頂部支 架(4)的凹槽對(duì)稱分布，為弧形凹槽，它們的角度重合量能夠保證每把盤形滾刀(8) 有0° ~120°的相位角移動(dòng)量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的滑槽導(dǎo) 軌(5)與頂部支架(4)采用螺栓螺母連接，通過滑槽導(dǎo)軌(5)在凹槽內(nèi)的移動(dòng)可實(shí) 現(xiàn)盤形滾刀(8)相位角的調(diào)整。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的連接體(6)靠螺栓螺母連接在滑槽導(dǎo)軌(5)的凹槽里，通過連接體(6)在凹槽里的移動(dòng)可 實(shí)現(xiàn)盤形滾刀(8)的切削半徑的調(diào)整。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的相鄰兩 把盤形滾刀(8)的刀間距在40 120mm可調(diào)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的盤形滾 刀座(7)上裝的壓力傳感器為三向力傳感器，用來測(cè)量盤形滾刀(8)切削巖土試驗(yàn)材 料(19)時(shí)所受的三向力狀況。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾刀位置可調(diào)的旋轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:所述的液壓缸(12) 有內(nèi)置式位移傳感器，進(jìn)出口油路上裝有壓力傳感器和流量傳感器，用來測(cè)量液壓缸(12)的壓力、速度和盤形滾刀(8)的貫入度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的滾刀位置可調(diào)的旋轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的液壓馬達(dá)(20)的進(jìn)出口油路上安裝了壓力和流量傳感器，在回轉(zhuǎn)支承(14)上安裝了編碼器， 用來測(cè)量切削的功率、扭矩及回轉(zhuǎn)速度。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾刀位置可調(diào)的旋轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于在滾刀座(7)上可更換安裝切刀，進(jìn)行滾刀切刀配合切削軟土和砂巖試驗(yàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于隧道工程領(lǐng)域的位置可調(diào)的多滾刀回轉(zhuǎn)切削試驗(yàn)平臺(tái)。其特征在于固定土倉的土倉支撐座與固定在地基架上的矩形底座之間采用回轉(zhuǎn)支承，并由2個(gè)液壓馬達(dá)同步驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)。土倉外周帶有凸緣，與支撐座之間均勻布置4根導(dǎo)向柱和4個(gè)液壓缸，由4個(gè)液壓缸同步驅(qū)動(dòng)土倉垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由4根導(dǎo)向柱來導(dǎo)向和傳遞扭矩。地基架上均勻布置六根立柱，立柱頂端固定一開有4個(gè)環(huán)形凹槽的頂部支架，形成一矩形框架；頂部支架下方連接有三個(gè)滑槽導(dǎo)軌和刀座，盤形滾刀安裝在刀座上。試驗(yàn)臺(tái)采用工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、壓力流量速度傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、高速數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)對(duì)切削巖土的過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該試驗(yàn)臺(tái)主要用于多滾刀回轉(zhuǎn)切削巖體并進(jìn)行相關(guān)力學(xué)特性測(cè)試。
文檔編號(hào)G01N3/00GK101446536SQ20081014355
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者周喜溫, 夏毅敏, 歐陽濤, 靜 薛, 青 譚 申請(qǐng)人:中南大學(xué)