CN102359919A - Tbm破岩试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的TBM破岩试验装置包括传动箱体(6)、岩箱(16)、刀盘(4)、工作台(8)，在传动箱体中安装有电机(10)、扭矩转速传感器(7)、减速器(12)，扭矩转速传感器两端分别与电机和减速器连接，减速器通过联轴器与设置在传动箱体上的刀盘连接，在刀盘上安装有刀具(3)，所述传动箱体和岩箱与工作台滑动连接；在岩箱的外侧连接有后推力杆(1)，在传动箱体的外侧连接有前推力杆(9)，推力机构对称设置在工作台上，位于岩箱、传动箱体的两侧，后端均与后推力杆连接，前端均与前推力杆连接，通过推动传动箱体和岩箱在工作台上的同时压紧或松展运动实现进刀和退刀。能真实地模拟刀具的实际工作过程，测量出刀具切削力、轴向推力、贯入度、刀间距等多项关键参数。

Description

TBM破岩试验装置

技术领域

本发明属于硬岩隧道掘机技术领域，主要涉及的是一种TBM破岩试验装置。

背景技术

盘型滚刀是目前硬岩隧道掘机TBM上最常用的刀具，研究盘型滚刀作用下的破岩机理对提高破岩效率及指导刀具的机械制造意义重大。合理确定刀盘布置、刀间距以及机具的推力与扭矩，可极大的提高破岩效果和掘进速度。

在现有的TBM试验研究方面，最具代表的是科罗拉多矿业大学Ozdemir等设计的单刀直线性切割试验装置(LCM)[Ozdemir，L.Performance predictions formechanical excavation in Yucca Mountain tuffs，EMI-report，SAND91-7035]，此试验装置设计为双刀具支座，其中一刀具支座沿双向可滑动，便于在不同位置固定，这样即可进行单刀具的线性切割试验，同时也可完成不同时序及不同间距双刀具破岩的研究。该立式试验装置可测量滚刀三向力、贯入度、刀间距等多项参数，但该装置采用刀具的直线位移模拟刀具的破岩过程，与实际的将刀具安装在回转刀盘上，通过刀盘的回转运动进行破岩差别较大，故无法真实模拟刀具的工作过程，且无法通过试验得出刀盘的驱动扭矩与刀具安装位置的关系，无法对刀具进行全方位研究。

发明内容

本发明的目的由此产生，提出一种TBM破岩试验装置，该装置能更加真实地模拟刀具的实际工作过程，轻易测量出刀具切削力、轴向推力、贯入度、刀间距等多项关键参数，还可对刀具的破岩效率，磨损机理展开研究。

本发明实现上述目的采取的技术方案是：一种TBM破岩试验装置包括传动箱体、岩箱、刀盘、工作台，在传动箱体中安装有电机、扭矩转速传感器、减速器，扭矩转速传感器两端分别与电机和减速器连接，减速器通过联轴器与设置在传动箱体上的刀盘连接，在刀盘上安装有刀具，传动箱体和岩箱与工作台滑动连接；在所述岩箱的外侧连接有后推力杆，在传动箱体的外侧连接有前推力杆，推力机构对称设置在工作台上，位于岩箱、传动箱体的两侧，后端均与后推力杆连接，前端的均与前推力杆连接，通过推动传动箱体和岩箱在工作台上的同时压紧或松展运动实现进刀和退刀。

本发明所述的推力机构工作时，液压缸通过液压杆的伸长或缩短将传动箱和岩箱彼此压紧或拉开，从而实现进刀和退刀。而传统结构是将传动箱和岩箱中的一个箱体固定，通过推动另一个箱体(传动箱或岩箱)实现退刀和进刀，由此产生的弊端是，由于刀盘工作时的轴向进给力较大，固定箱体的轴向约束存在安全隐患。本发明所述的推力机构工作时，传动箱和岩箱轴向都是可以活动的，不存在箱体固定的问题，可靠性较高。

本发明所述的工作台上有导引支架，液压杆安装在导引机架上，从而引导液压杆伸长和压缩，保证液压缸与工作台较好的位置关系。工作台上引导传动箱和岩箱轴向移动的导轨为燕尾导轨，从而约束箱体只做轴向移动。

将刀具安装在与实际TBM刀盘结构相似的刀盘上，采用大功率电机和变速系统为其提供破岩扭矩，液压系统提供轴向进给力，通过控制电机与液压系统的联动模拟刀具的实际工作过程。刀具在该装置的刀盘上可根据试验需求调整位置，便于研究刀间距与破岩效果之间的关系；在大功率电机上安装有扭矩转速传感器，可获得不同工况下，刀具的回转扭矩；液压进给系统上安装有压力传感器，可得出刀具的轴向进给力。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图中：1、后推力杆，2、岩样，3、刀具，4、刀盘，5、联轴器，6、传动箱体，7、扭矩转速传感器，8、工作台，9、前推力杆，10、电机，11、液压杆，12、减速器，13、导引支架，14、出渣口，15、液压缸体，16、岩箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。但本发明不局限以下实施例。

如图1所示：一种TBM破岩试验装置包括岩箱后推力杆1、刀具3、刀盘4、联轴器5、传动箱体6、扭矩转速传感器7、工作台8、前推力杆9、电机10、液压杆11、减速器12、导引支架13、推力机构和岩箱16。岩箱16、传动箱体6均设置在工作台8上与工作台8滑动连接。为提高运行的稳定性，岩箱16、传动箱体6与工作台8为燕尾槽连接，即在岩箱16和传动箱体6的底部开燕尾导引槽，在工作台8上设有燕尾导轨。在岩箱16的外侧固定连接有岩箱后推力杆1，在传动箱体6的外侧固定连接有前推力杆9。推力机构对称设置在工作台8上，位于岩箱16、传动箱体6的两侧，后端均与岩箱后推力杆1的两边铰接连接，前端均与前推力杆9的两边铰接连接。本实施例采用的是液压缸体结构，即液压缸体15对称设置在工作台8上，后端均与岩箱后推力杆1的两边铰接连接，前端的液压杆11均与前推力杆9的两边铰接连接，由于液压杆11的工作行程较长，为保证液压杆11运行的平稳性，在工作台8上还设置有导引支架13用于支撑导向液压杆11，液压杆11穿过导引支架13与前推力杆9的两边铰接连接。在传动箱体6内设置有电机10、扭矩转速传感器7、联轴器5和减速器12，扭矩转速传感器7两端分别与电机10和减速器12连接，减速器12通过联轴器5与设置在传动箱体6上的刀盘4连接，刀具3安装在刀盘4上，刀具3的安装可根据使用需要不同位置布置不同的刀具数。刀盘4的扭矩和转速由电机10提供。岩样2固定在岩箱16内，岩箱16分两个部分：岩样区和排渣区，岩样区盛纳岩样，排渣区靠近刀盘的外侧，其底面为向侧方倾斜的倾斜面并设有出渣口14，破碎后的岩渣可沿斜面滑落到岩箱一侧，从侧面的出渣口排出。

试验时，同步开启液压缸和电机，电机10通过扭矩转速传感器7、减速器12、联轴器5带动刀盘4旋转。液压缸体15和液压杆11则带动两端连接的传动箱体6和岩箱16同时向内压紧或向外推离，实现试验装置的进刀或退刀。当液压杆11伸长时，液压杆11推动与其铰接的前推力杆9带动传动箱体6沿工作台8的燕尾导轨向外侧滑动，同时液压缸体15推动与其铰接的后推力杆1带动岩箱16沿工作台8的燕尾导轨向与传动箱滑动方向相反的方向滑动，实现刀盘4退刀；当液压杆11向液压缸体内缩短时，液压杆11和液压缸体15分别推动传动箱体6和岩箱16，使其相互压紧，实现刀盘4的进给。退刀和进刀的过程中，在液压缸的进油口设置有压力控制阀、流量阀和油压传感器，通过调整压力控制阀和流量阀控制刀盘的轴向进给力和进给速度。通过油压传感器和扭矩转速传感器可轻易测量出刀具切削力、轴向推力、贯入度等多项关键参数，为刀具的优化设计和破岩效率的优化提供数据支持。

Claims (5)

1.一种TBM破岩试验装置，包括传动箱体(6)、岩箱(16)、刀盘(4)、工作台(8)，在传动箱体(6)中安装有电机(10)、扭矩转速传感器(7)、减速器(12)，扭矩转速传感器两端分别与电机和减速器连接，减速器通过联轴器与设置在传动箱体上的刀盘(4)连接，在刀盘上安装有刀具(3)，传动箱体(6)和岩箱(16)与工作台(8)滑动连接，其特征是：所述岩箱(16)的外侧连接有后推力杆(1)，在传动箱体(6)的外侧连接有前推力杆(9)，推力机构对称设置在工作台(8)上，位于岩箱(16)、传动箱体(6)的两侧，后端均与后推力杆(1)连接，前端的均与前推力杆(9)连接，通过推动传动箱体(6)和岩箱(16)在工作台上的同时压紧或松展运动实现进刀和退刀。

2.根据权利要求1所述的TBM破岩试验装置，其特征在于：所述的传动箱体(6)、岩箱(16)与工作台(8)为燕尾槽连接，即在岩箱和机体密封的底部开燕尾槽，在工作台上设有燕尾导轨。

3.根据权利要求1所述的TBM破岩试验装置，其特征在于：所述的推力机构为液压缸体结构，即液压缸体(15)对称设置在工作台(8)上，后端均与后推力杆(1)的两边铰接连接，前端的液压杆(11)均与前推力杆(9)的两边铰接连接。

4.根据权利要求1所述的TBM破岩试验装置，其特征在于：所述的岩箱(16)排渣区靠近刀盘的外侧，设有出渣口(14)。

5.根据权利要求3所述的TBM破岩试验装置，其特征在于：所述的液压杆(11)穿过设置在工作台(8)上的导引支架(13)与前推力杆(9)的两边铰接连接。

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