[发明专利]硬岩掘进滚刀旋转切割试验台

说明书

本发明公开了一种硬岩掘进滚刀旋转切割试验台，为克服现有硬岩掘进滚刀试验台普遍存在的用直线切割代替旋转切割、无法模拟滚刀与岩石的工作环境与条件、使用寿命短、可靠性低的问题，硬岩掘进滚刀旋转切割试验台包括2套电机驱动单元、主轴单元、刀具单元、纵向加载移动单元与围压温度加载单元；主轴单元包括外套筒与过渡盘；纵向加载移动单元包括上平板与下平板；纵向加载移动单元通过下平板安装在地基上，上平板平行地安装在下平板的正上方；主轴单元通过外套筒安装在上平板的中心处；2套电机驱动单元分别通过其中的电机固定架对称地安装在主轴单元两侧上平板的顶端；刀具单元通过其中的刀盘安装在过渡盘上；围压温度加载单元安装在下平板上。

技术领域

本发明涉及一种用于隧道工程的刀具试验装置，更确切地说，本发明涉及一种硬岩掘进滚刀旋转切割试验台。

背景技术

在隧道掘进工程、地下工程以及引水渠道的开挖工程中，针对山体和地下中较深、较硬的岩层更多的使用硬岩掘进机(TBM)进行孔洞掘进工作，该方式在掘进效率和安全性等方面皆优于传统钻爆法，因此TBM得到了广泛应用。TBM的工作原理是多把滚刀在推进载荷和扭矩的共同作用下旋转侵入岩石，两个滚刀之间的岩石在滚压作用下碎裂，多把滚刀共同作用于岩石掌子面使岩石层层崩碎，从而达到掘进的目的。在掘进工程中滚刀工作环境十分恶劣，滚刀长时间滚压岩石产生的热量会改变滚刀力学性能，较深岩层所承受的围压也会改变岩石强度，最终导致滚刀磨损严重。在实际工况中由于岩石种类和掘进参数的不同，TBM滚刀的磨损和失效形式也会不同。滚刀一旦失效TBM将无法正常工作，因此必须对滚刀进行时时监测，发现滚刀失效后立即进行维护与更换，据统计在秦岭隧道出口的掘进工程中TBM每掘进2.5米就需要更换一次滚刀，在实际工程中由于更换和维护滚刀所耗费的费用已经达到了整个工程的三分之一，滚刀的失效已经成为限制TBM掘进效率的重要因素。因此研究滚刀的磨损和破岩机理、寻找滚刀材料与岩石种类的特定匹配特性等愈发成为国内外研究的焦点，对提高TBM掘进效率有着重要意义。

目前国外对硬岩掘进机滚刀性能的研究主要有美国罗宾斯公司、莱奥本矿业大学、shah rood科技大学等，国内的研究机构主要包含中南大学、西安交通大学、东北工业大学等。现有的TBM刀具试验台大多数进行直线切割试验，这类试验台利用直线切割来模拟真实工况中滚刀的旋转切割运动，主要来观察切割后的岩石样品以及分析滚刀受力以及磨损机理。为了简化试验，现有试验台大多不考虑围压及温度对刀具和岩石样品的影响，并且利用直线切割代替了旋转切割，这类试验台不能真实反映滚刀的真实破岩动作以及工作环境。为了更好地模拟硬岩掘进机上滚刀的实际工况，设计了一种硬岩掘进滚刀旋转切割试验台，该试验台能够施加温度和围压，且具有拥有良好的可靠性和使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有硬岩掘进机滚旋转切割试验台为了简化试验普遍存在的用直线切割代替旋转切割、无法模拟硬岩掘进机滚刀和岩石的工作环境与条件(温度和围压)、使用寿命短暂、可靠性不足的问题，提供了一种硬岩掘进滚刀旋转切割试验台。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的硬岩掘进滚刀旋转切割试验台包括有2套结构相同的电机驱动单元、主轴单元、刀具单元、纵向加载移动单元与围压温度加载单元；

所述的主轴单元包括外套筒与过渡盘；

所述的纵向加载移动单元包括上平板与下平板；

所述的纵向加载移动单元通过下平板安装在地基上，上平板安装在下平板的正上方，上平板与下平板相互平行；2套结构相同的电机驱动单元分别通过其中的电机固定架左右对称地安装在上平板的顶端；主轴单元通过外套筒安装在上平板的中心处，主轴单元位于2套结构相同的电机驱动单元之间；刀具单元通过其中的刀盘安装在过渡盘上，主轴单元与刀具单元的回转中心线共线；围压温度加载单元安装在下平板上。