[发明专利]基于多功能刀盘的缩尺型全断面岩石隧道掘进试验装置

说明书

本发明属于工程机械技术领域，公开了一种基于多功能刀盘的缩尺型全断面岩石隧道掘进试验装置，包括上下设置的顶座和底座，底座与顶座之间通过立柱支撑连接；底座上固定岩箱，岩箱内设置待掘进试件；顶座上固定有推进部件，推进部件的活动件连接有活动座，活动座随推进部件的活动件上下移动；活动座上设置驱动部件，驱动部件的输出轴上连接有刀盘，刀盘上设置盘形滚刀。本发明为缩小尺寸的全断面岩石隧道掘进装置，采用缩小比例的盘型滚刀，能够较为准确的模拟室外掘进过程，将费时费力的室外大型岩石隧道掘进试验过程转变至室内试验过程，可大大减少试验周期和试验费用，具有巨大的工程应用潜力。

技术领域

本发明属于机械设计技术领域，尤其涉及一种基于多功能刀盘的缩尺型全断面岩石隧道掘进试验装置。

背景技术

全断面岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine，TBM)是开掘长距岩石隧道的首选装备，由于其具有安全可靠、环境影响小、劳动强度低、掘进速度快等优点，广泛应用在地下交通、引水工程和高速铁路等领域。刀盘刀具系统是掘进机的核心部件，其破岩掘进效果直接影响着掘进载荷、速度、效率等，并与刀盘刀具选型设计、使用寿命以及施工成本等密切相关。因实际的施工环境恶劣，受到各种外部条件的制约，现场实验经济代价大且要承担很大的风险，所以一般通过构建试验台来研究掘进机刀盘刀具系统的结构和掘进参数对破岩掘进过程的影响。

现有的TBM刀盘刀具破岩试验研究方面，最具代表的是科罗拉多矿业大学Ozdemir等人设计的滚刀直线切削试验装置(LCM)[Ozdemir L.Performance predictions formechanical excavation in Yucca Mountain tuffs，EMI report，SAND91-7035]，该装置通过单把滚刀的竖向进给和岩箱的水平移动，实现滚刀的直线破岩过程，该试验装置的不足之处是：1)试验滚刀的直线切削动作与实际滚刀的回转切削动作存在差别；2)该试验装置一般预先设定一个切削深度，在切削过程中保持切削深度不变，这与实际刀盘上的滚刀连续渐进切削不同。针对这些不足之处，洪开荣等人在专利号为CN 102359919B的TBM破岩试验装置中，提出了一种滚刀回转切削岩石的试验台，该装置通过分别控制刀盘竖向进给和岩箱水平回转，实现滚刀的回转切削过程，该装置通过在电机上安装扭矩转速传感器而获得刀盘回转扭矩，在液压进给系统上安装压力传感器而获得刀盘进给推力，该装置的不足之处是：通过分别控制刀盘和岩箱的运动而实现刀盘刀具的掘进破岩动作，与实际全断面岩石隧道掘进机刀盘通过自身的推进和回转两种动作而实现掘进破岩的形式存在差别。

因此，现有试验装置从试验结果的可靠度、经济成本、实现难易程度等方面均存在不足。

发明内容

针对现有设计方法的不足，本发明的目的是提供一种基于多功能刀盘的缩尺型全断面岩石隧道掘进试验装置，为缩小尺寸的全断面岩石隧道掘进装置，采用缩小比例的盘型滚刀，能够较为准确的模拟室外掘进过程，将费时费力的室外大型岩石隧道掘进试验过程转变至室内试验过程，可大大减少试验周期和试验费用，具有巨大的工程应用潜力。

为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：

基于多功能刀盘的缩尺型全断面岩石隧道掘进试验装置，包括：上下设置的顶座和底座，所述底座与顶座之间通过立柱支撑连接；

所述底座上固定有岩箱，所述岩箱内设置有待掘进试件；所述顶座上固定有推进部件，所述推进部件的活动件连接有活动座，所述活动座随推进部件的活动件上下移动；所述活动座上设置有驱动部件，所述驱动部件的输出轴上连接有刀盘，所述刀盘上设置有盘形滚刀。

进一步地，所述顶座上中心对称的开设有多个推进部件安装孔，每个安装孔内安装有一个推进部件。

更进一步地，所述推进部件为液压缸，所述液压缸的缸体安装于顶座上，所述液压缸的活塞杆穿过安装孔与活动座连接。

进一步地，所述驱动部件包含电机和减速器，所述减速器通过联轴器与所述电机的输出轴连接。