[发明专利]一种硬岩TBM模拟掘进装置

说明书

本发明涉及一种硬岩TBM模拟掘进装置，包括竖直设置的机架、第一驱动装置、第二驱动装置和控制系统，在机架上部设有用于支撑试样的上横梁，上横梁的下方安装刀盘，所述的第一驱动装置驱动扭转轴旋转，所述的扭转轴端部与所述的刀盘相连，所述的第二驱动装置通过传动装置可驱动所述的上横梁带着试样上下移动；所述的刀盘的中心安装有鱼尾刀，在鱼尾刀的上、下、左、右各安装一把正滚刀，在正滚刀的外圈安装两把侧刀，在两把侧刀的外圈安装两把边刀，侧刀与边刀间隔分布，相邻边刀和侧刀的轴线之间呈90°；控制系统控制第一驱动装置、第二驱动装置。本装置可以模拟TBM切削试验，适用于研究不同岩质条件下掘进参数与掘进模式的规律。

技术领域

本发明属于TBM模拟掘进技术领域，具体涉及一种硬岩TBM模拟掘进装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

相较于传统的钻爆法施工，TBM(全断面隧道掘进机)具有施工速度快、对围岩影响小、支护工作量少、振动噪声小、安全性高、作业人员少等优点。在复杂地形地貌深长隧道的施工中，其优势更为显著，因此广泛应用于铁路、公路、市政、水电等隧道的建设。

发明人了解到，在TBM的掘进过程中，难免遇到强度高的硬岩地段、破碎易变形的软岩地段以及软硬交叉分布的复杂地层，而国内相关研究人员相对聚焦于研究TBM试验台刀具的磨损和压痕方向，很少研究TBM在不同地层的掘进规律，所设计的试验加载装置主要针对硬岩，或主要针对软岩，难以模拟各种工况、各种强度岩石的切削过程，且在硬岩掘进加载过程中只能产生压痕，无法完全贯入试件，对试件的掘进破坏机理和掘进面破坏形态研究有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种硬岩TBM模拟掘进装置，能够至少解决上述技术问题之一。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供一种硬岩TBM模拟掘进装置，包括竖直设置的机架、第一驱动装置和第二驱动装置，在机架上部设有用于支撑试样的上横梁，上横梁的下方安装刀盘，所述的第一驱动装置驱动扭转轴旋转，所述的扭转轴端部与所述的刀盘相连，所述的第二驱动装置通过传动装置可驱动所述的上横梁带着试样上下移动；所述的刀盘的中心安装有鱼尾刀，在鱼尾刀的上、下、左、右各安装一把正滚刀，在正滚刀的外圈安装两把侧刀，在两把侧刀的外圈安装两把边刀，侧刀与边刀间隔分布，相邻边刀和侧刀的轴线之间呈90°。

作为进一步的技术方案，所述的边刀向外倾斜，切割形成的同心圆半径略大于刀盘半径。

作为进一步的技术方案，所述正滚刀的极径按不等刀间距布置，位置相邻的左右滚刀之间的破岩区域保证相交。

作为进一步的技术方案，所述扭转轴通过深沟球轴承、推力球轴承与刀盘相连，深沟球轴承与扭转轴采用过盈配合。

作为进一步的技术方案，所述的深沟球轴承位于推力轴承下方。

作为进一步的技术方案，所述的机架包括底座，在底座上设置多根立柱，沿着立柱的高度方向，从上向下依次设置上横梁、中横梁，在中横梁上设置接料板，刀盘设置在中横梁上方，上横梁下方。

作为进一步的技术方案，所述的刀盘位于上横梁的下方。

作为进一步的技术方案，所述的传动装置包括动力底座、伺服电机、同步带、同步轮、丝杠；所述动力底座中间位置安置伺服电机，在动力底座的左右两侧各竖直的设置一个丝杠，在伺服电机的底部安装一个主动轮，主动轮通过同步带驱动安装在丝杠上的同步轮转动，丝杠与上横梁螺纹配合。

作为进一步的技术方案，在所述立柱上设有连接板，所述的连接板与中横梁之间安装有推力传感器，所述的连接板与所述丝杠螺纹相连，在丝杠转动时，连接板上下移动，因此挤压推力传感器，实现推力大小的检测。

作为进一步的技术方案，在所述的扭转轴上设有扭转传感器。