本發(fā)明屬于滾刀破巖試驗(yàn)，特別是涉及一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在隧道掘進(jìn)等工程中，盾構(gòu)機(jī)滾刀作為關(guān)鍵部件，通過滾壓-切削方式有效破碎巖石，極大地提高了施工效率。然而，滾刀與巖石的復(fù)雜相互作用過程，尤其是深部高地應(yīng)力環(huán)境下的破巖機(jī)理，尚未完全揭示，這成為制約工程效率與成本控制的關(guān)鍵因素。

2、由于滾刀尺寸較大，直接進(jìn)行滾壓破巖的試驗(yàn)裝置往往體積龐大，不僅增加了實(shí)驗(yàn)難度，還限制了測試手段的多樣性。此外，大型試驗(yàn)裝置的建設(shè)與運(yùn)行成本高昂，且操作復(fù)雜，不利于科研與教學(xué)的廣泛開展。鑒于此，開發(fā)一種能夠模擬滾刀局部刀桿純滾動(dòng)及復(fù)雜運(yùn)動(dòng)形式的試驗(yàn)裝置顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置及系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中滾壓破巖的試驗(yàn)裝置往往體積龐大，建設(shè)與運(yùn)行成本高的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置及系統(tǒng)。

3、其中，一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置，包括：

4、巖石固定組件、試件桿、伸縮動(dòng)力部和平移運(yùn)動(dòng)部；

5、所述試件桿的頭端設(shè)置有可拆卸刀齒，所述試件桿的尾端連接于所述伸縮動(dòng)力部的輸出軸端，且所述試件桿和伸縮動(dòng)力部的軸線重合，伸縮軸線方向定義為第一軸；

6、所述伸縮動(dòng)力部的殼體連接于所述平移運(yùn)動(dòng)部的輸出軸，并由所述平移運(yùn)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)所述伸縮動(dòng)力部平移，平移軸線方向定義為第二軸；

7、所述巖石固定組件設(shè)于所述試件桿的頭端方向，所述第一軸和第二軸形成所述試件桿的工作平面，所述第一軸指向巖石表面，所述第二軸平行于巖石表面。

8、可選地，所述巖石固定組件包括底座、側(cè)殼體和頂蓋；

9、所述側(cè)殼體和底座連接成頂部敞口的腔體，所述腔體用于放置巖石試樣，所述頂蓋可拆卸的設(shè)置于所述側(cè)殼體的頂部，所述頂蓋壓住所述巖石試樣頂部，所述頂蓋上設(shè)置有貫穿區(qū)域，所述試件桿的頭端穿過所述貫穿區(qū)域與所述巖石試樣接觸。

10、可選地，所述巖石試樣的四周與所述側(cè)殼體留有側(cè)間隙；

11、所述巖石固定組件殼體上設(shè)置有貫穿的第一液壓孔，所述第一液壓孔在所述巖石固定組件內(nèi)的出口位于所述側(cè)間隙范圍內(nèi)。

12、可選地，所述底座上表面設(shè)置有凸起腔體，所述凸起腔體內(nèi)設(shè)置有滑動(dòng)配合的活塞，所述活塞底部與所述凸起腔體之間為底間隙，所述活塞頂部承載所述巖石試樣；

13、所述底座上設(shè)置有貫穿的第二液壓孔，所述第二液壓孔在所述巖石固定組件內(nèi)的出口位于所述底間隙范圍內(nèi)。

14、可選地，所述巖石試樣頂部與所述頂蓋接觸部位、所述巖石試樣四周、所述巖石試樣底部與活塞接觸部位設(shè)置有連接成整體的密封層。

15、可選地，還包括旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部；

16、所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部包括旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源、旋轉(zhuǎn)軸和活動(dòng)安裝架；

17、所述旋轉(zhuǎn)軸由所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)軸的兩端轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述活動(dòng)安裝架，所述伸縮動(dòng)力部的殼體固定連接于所述旋轉(zhuǎn)軸，所述伸縮動(dòng)力部轉(zhuǎn)動(dòng)平面與所述工作平面重合；

18、所述平移運(yùn)動(dòng)部包括平移動(dòng)力源和固定安裝架，所述活動(dòng)安裝架滑動(dòng)安裝于所述固定安裝架，所述平移動(dòng)力源推動(dòng)所述活動(dòng)安裝架沿所述第二軸滑動(dòng)。

19、可選地，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部中設(shè)有用于檢測旋轉(zhuǎn)軸扭矩的扭矩傳感器；

20、所述伸縮動(dòng)力部設(shè)有用于檢測伸縮載荷的第一荷重傳感器；

21、所述平移運(yùn)動(dòng)部設(shè)有用于檢測平移推動(dòng)載荷的第二荷重傳感器。

22、可選地，所述側(cè)殼體使用能被x射線透視的材料。

23、可選地，所述伸縮動(dòng)力部為電動(dòng)伸縮缸或流體伸縮缸；

24、所述平移動(dòng)力源為電動(dòng)伸縮缸或流體伸縮缸。

25、其中，一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的系統(tǒng)，包括如上所述的一種用小尺寸試件模擬大尺寸滾刀破巖的裝置；

26、還包括x光機(jī)和液壓系統(tǒng)；

27、所述x光機(jī)的攝影方向朝向巖石固定組件；

28、所述液壓系統(tǒng)的液壓源與第一液壓孔和第二液壓孔連通，對(duì)巖石試樣分別施加側(cè)部壓力和底部壓力。

29、如上所述，本發(fā)明的一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置及系統(tǒng)，至少具有以下有益效果：

30、利用小型刀桿模擬滾刀刀齒的真實(shí)滾動(dòng)及復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，顯著減小了試驗(yàn)裝置的體積與成本。無需完整滾刀，即可精準(zhǔn)還原滾刀破巖機(jī)理，為深入研究巖石破碎過程提供了便捷高效的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該技術(shù)不僅促進(jìn)了科研與教學(xué)的靈活性，還加速了工程實(shí)踐中的技術(shù)優(yōu)化與效率提升。

技術(shù)特征：

1.一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置，其特征在于：

3.如權(quán)利要求2所述的一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置，其特征在于：

4.如權(quán)利要求2所述的一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置，其特征在于：

5.如權(quán)利要求4所述的一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置，其特征在于，所述巖石試樣（6）頂部與所述頂蓋（13）接觸部位、所述巖石試樣（6）四周、所述巖石試樣（6）底部與活塞（16）接觸部位設(shè)置有連接成整體的密封層。

6.如權(quán)利要求1所述的一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置，其特征在于：

7.如權(quán)利要求6所述的一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置，其特征在于：

8.如權(quán)利要求2所述的一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置，其特征在于，所述側(cè)殼體（12）使用能被x射線透視的材料。

9.如權(quán)利要求6所述的一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置，其特征在于：

10.一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的系統(tǒng)，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種用若干刀齒模擬滾刀破巖過程的裝置及系統(tǒng)，屬于滾刀破巖試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中滾壓破巖的試驗(yàn)裝置往往體積龐大，建設(shè)與運(yùn)行成本高的問題。本裝置包括巖石固定組件、試件桿、伸縮動(dòng)力部和平移運(yùn)動(dòng)部；試件桿頭端設(shè)置刀齒，尾端連接于伸縮動(dòng)力部的輸出軸端，且試件桿和伸縮動(dòng)力部的軸線重合；伸縮動(dòng)力部的殼體連接于平移運(yùn)動(dòng)部的輸出軸，并由平移運(yùn)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)伸縮動(dòng)力部平移；巖石固定組件設(shè)于試件桿的頭端方向，伸縮方向指向巖石表面，平移方向平行于巖石表面。本裝置結(jié)合本系統(tǒng)，顯著減小了試驗(yàn)裝置的體積與成本。無需完整滾刀，即可精準(zhǔn)還原滾刀破巖機(jī)理，為深入研究巖石破碎過程提供了便捷高效的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

技術(shù)研發(fā)人員：付冉,楊維好,張雨,楊志江,張馳,楊慶龍,黃家會(huì),胡琛琛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6