[实用新型]一种可模拟刀盘各位置刀具行为的试验台

说明书

本实用新型属于盾构隧道掘进机刀具行为模拟试验台技术领域，具体涉及一种可模拟刀盘各位置刀具行为的试验台，解决了现有技术中线性切割试验台无法模拟各种安装半径刀具在掘进时的工况的问题。本实用新型的技术方案是：包括横向基座和纵向基座，所述横向基座上设置有液压推进系统，所述液压推进系统连接有刀箱刀具系统，所述纵向基座上设置有岩箱移动系统，所述岩箱移动系统上设置有岩箱系统，所述岩箱系统与刀箱刀具系统位置对应。本实用新型带动岩样在竖直平面内运动，拟合不同半径的圆或者圆弧，以此模拟不同安装半径刀具的破岩工况，适用于模拟盾构隧道掘进机刀盘上各位置刀具的工况。

技术领域

本实用新型属于盾构隧道掘进机刀具行为模拟试验台技术领域，具体涉及一种可模拟刀盘各位置刀具行为的试验台。

背景技术

盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，具有安全开挖和衬砌，掘进速度快；推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低；不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动等优点，已广泛用于铁路、公路、市政、水电等隧道工程。据有关统计，刀具磨损直接或间接带来的费用占到盾构法隧道总施工成本的1/3 左右，因此探究刀具的磨损机制对盾构法施工相当重要。盾构隧道掘进机是大型的复杂设备，且对地质有很强针对性。地质条件的多样性，这导致了盾构隧道掘进机的结构形式和性能参数的多样化。现有的数学和力学模型还难以准确地描述各个因素对刀具破岩效率的影响。且隧道施工现场环境恶劣，通过施工现场进行试验需要承担巨大的安全风险和经济代价。因此，搭建实验台进行室内模拟试验，全面深入地探究盾构隧道掘进机刀具与岩土的相互作用过程，弄清楚盾构隧道掘进机刀具磨损机制，建立盾构隧道掘进机刀具相关评价机制，具有重要的意义。

通过文献调研分析发现，伊斯坦布尔、伊朗、美国、韩国等，以及国内上海隧道股份有限公司、北京交通大学、中铁隧道装备制造有限公司、中南大学等都进行过关于盾构隧道掘进机的试验台的研制。主要分为线性切割试验台和带有较小刀盘的旋转试验台两种，但其在研究工作存在一些局限性：

1.实际掘进工况下，盾构隧道掘进机的滚刀是既在绕着刀盘轴线做公转的同时，又绕着刀轴轴线自转；其他切削类刀具均是绕着刀盘轴线做工作切削运动。上述线性切割试验台则是将刀具的运动特征简化为较为简单的直线运动的形式，开展直线式模拟实验；例如，中南大学夏毅敏教等授研制的，“一种可调式多刀切削破岩试验装置”(专利号：101446537A)，能进行多刀联合线性破岩试验，较好的模拟刀具安装半径较大刀具的运动形式；但不能模拟刀盘较中心的刀具运动形式，且不能模拟刀具在实际掘进中所受的侧向力。换言之，线性切割试验台仅能理想的模拟较大安装半径刀具在掘进时的工况。

2.实际掘进工况下，盾构隧道掘进机的滚刀是既在绕着刀盘轴线做公转的同时，还绕着刀轴轴线自转；其他切削类刀具均是绕着刀盘轴线做工作切削运动。上述带有刀盘的旋转试验台，由于结构以及场地等条件的约束，其刀盘的尺寸较小，只能模拟安装半径较小的盾构隧道掘进机刀具的掘进工况；例如，中铁隧道装备制造有限公司研制的“盾构及TBM 滚刀试验台”(专利号：102788693A)，采用一个直径2.5m的刀盘进行滚刀旋转破岩试验，只能模拟安装半径在1.2m以内滚刀破岩情况；但现今主流盾构隧道掘进机的刀盘尺寸较大，大部分刀具的掘进工况无法用该种试验台进行模拟。

实用新型内容

针对现有技术中线性切割试验台只能够模拟较大安装半径刀具在掘进时的工况，而旋转试验台只能够模拟较小安装半径刀具在掘进时的工况的问题，本实用新型提供一种可模拟刀盘各位置刀具行为的试验台，其目的在于：使试验台能够模拟各种安装半径下刀具在掘进时的工况，并且减小试验台所占用的空间。

本实用新型采用的技术方案如下：