CN109443969B - 一种用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试的试验装置及方法，试验装置包括试验模型箱体，试验模型箱体的顶部开设有填土口，填土口通过法兰盘封装；试验模型箱体的一个侧面为可拆卸式挡板，试验台上固定有调速电机；调速电机的转轴上连接有传动轴，且传动轴与设置于试验模型箱体内的刀盘模型连接；试验方法包括S1‑S10。本发明通过对盾构机刀盘模型进行模拟试验，可实现对不同配置的刀盘刀具、不同类型渣土及不同刀盘转速和运转时间对刀盘刀具磨耗特征的试验研究，同时可以有效检验渣土改良对盾构刀盘刀具的减磨效果，在盾构施工中对刀盘刀具的磨损量进行预测，为盾构施工提供及时有效的定量指导。

Description

一种用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试试验装置及方法
技术领域
本发明涉及隧道及地下工程试验领域，具体涉及一种用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试试验装置及方法。
背景技术
作为盾构主要掘进部件，刀盘刀具的配置通常在施工前予以确定。由于盾构施工常常会遇到各种地质条件，如上软下硬地层、软弱围岩、流砂及砂层、硬岩等，刀盘刀具配置常常要兼顾各种地层条件。不同地层条件下所产生的渣土都会在不同程度上对刀盘刀具产生磨耗，非正常磨损不仅导致盾构掘进效率低下，增加盾构设备的损耗和工程造价，还会延误工期，而频繁的换刀操作也容易使得作业人员乃至工程安全受到极大的威胁。因此，通过优化刀盘刀具配置以提高其对地层的适应性，并通过适当的渣土改良有效降低渣土对刀盘刀具的磨耗，是盾构施工过程中需要解决的一个重要问题，而如何有效评价上述措施的实施效果是问题的关键所在。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种可对盾构刀盘刀具磨耗特性进行快速测试评价的试验装置及方法。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试的试验装置，其包括试验模型箱体，试验模型箱体固定在试验台上，试验模型箱体的顶部开设有填土口，填土口通过法兰盘封装；试验模型箱体的一个侧面为可拆卸式挡板，试验台上固定有调速电机，调速电机与电机控制器电连接；调速电机的转轴上连接有传动轴，传动轴通过试验模型箱体上开设的通孔延伸入试验模型箱体内，且传动轴与设置于试验模型箱体内的刀盘模型连接。
进一步地，试验模型箱体通过“L”形连接件固定在试验台上，可拆卸式挡板通过“L”形连接件与试验模型箱体连接。
进一步地，通孔上安装有轴承，传动轴贯穿轴承。
一种用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试的试验装置的试验方法，其包括以下步骤：
S1：对刀盘模型进行拆卸，称量各个部件的重量，并记录为m；再称量组装好的刀盘模型的总重量，记录为M；
S2：卸下可拆卸式挡板，将称量过重量的刀盘模型安装在传动轴上，确保刀盘模型位于试验模型箱体中央，再重新安装上可拆卸式挡板；
S3：拆下法兰盘，向试验模型箱体内填充试验渣土，并封装上法兰盘；
S4：根据实际施工中盾构刀盘的转速及掘进速度，在电机控制器上设定电机工作的转速和运转时间，并记为刀盘模型试验时工作的转速和运转时间；
S5：打开电机开关，刀盘模型在设定的转速和运转时间下进行磨耗试验；待电机停止后，卸下可拆卸式挡板，移出试验模型箱体内的试验渣土并卸下刀盘模型；
S6：称量磨耗试验后的刀盘模型的总重量以及各个部件的重量，并分别记为M1和m1；
S7：根据公式(m-m1)/m计算出刀盘模型磨耗试验前后各个部件的磨损率f，以及根据公式(M-M1)/M计算出刀盘模型的总磨损率F。
进一步地，还包括：
S8：更换新的且相同配置的刀盘模型，重复步骤S1-S7，并且向试验模型箱体内填充渣土改良后的试验渣土，计算出各个部件的磨损率和总磨损率并分别记为磨损率f1和总磨损率F1，对比分析前后磨损率f1和磨损率f、总磨损率F1和总磨损率F，通过对比结果对渣土改良后的试验渣土对刀具减磨效果进行评估。
进一步地，还包括：
S9：更换新的且相同配置的刀盘模型，重复步骤S1-S7，并更改步骤S4中的转速和运转时间，计算出刀盘模型各个部件的磨损率f2及总磨损率F2，并对比分析前后各个部件的磨损率f2和磨损率f、总磨损率F2和总磨损率F，通过对比结果对刀盘模型在不同转速和运转时间下的磨耗情况进行评估。
进一步地，还包括：
S10：更换不同配置的刀盘模型，重复步骤S1-S7，计算刀盘模型各个部件的磨损率f3及总磨损率F3，对比分析前后各个部件的磨损率f3和磨损率f、总磨损率F3和总磨损率F，通过对比结果对不同配置的刀盘模型在相同工况下的磨耗情况进行评估。
本发明的有益效果为：试验模型箱体通过“L”形连接件固定于设备试验台上，试验模型箱体顶部的法兰盘可快速拆卸，方便试验渣土的装入，试验模型箱体侧面的可拆卸式挡板借助“L”形连接件可快速地拆卸安装，为试验渣土提供排出通道，同时方便安装拆卸模型刀盘；电机控制器用于对电机的转速和运转时间进行调节；轴承可确保传动轴中心轴可与调速电机的中心轴重合，减少试验误差，减小机械损耗。
本发明提供的盾构刀盘刀具磨耗特性测试试验装置及方法，通过调整不同转速及运转时间进行刀盘磨耗试验，可以模拟不同使用时间和条件下刀盘磨耗情况，同时能够获取刀盘模型上不同部位刀具的磨耗值；通过更换不同刀具配置的刀盘模型进行磨耗测试，可以实现不同配置下刀盘刀具磨耗特征的对比研究；通过更换不同类型的试验渣土对刀盘模型进行磨耗测试，可以实现对不同类型试验渣土对刀盘刀具磨耗特征的对比研究。
本发明通过对盾构机刀盘模型进行模拟试验，可实现对不同配置的刀盘刀具、不同类型渣土及不同刀盘转速和运转时间对刀盘刀具磨耗特征的试验研究，同时可以有效检验渣土改良对盾构刀盘刀具的减磨效果，在盾构施工中对刀盘刀具的磨损量进行预测，为盾构施工提供及时有效的定量指导。
附图说明
图1为盾构刀盘刀具磨耗特性测试试验装置的拆分结构示意图。
图2为试验刀盘相对位置示意图。
其中，1、试验模型箱体，2、轴承，3、刀盘模型，4、试验渣土，5、试验台，6、法兰盘，7、可拆卸式挡板，8、“L”形连接件，9、传动轴，10、调速电机。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1和图2所示，用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试的试验装置包括试验模型箱体1，试验模型箱体1固定在试验台5上，试验模型箱体1的顶部开设有填土口，填土口通过法兰盘6封装；试验模型箱体1的一个侧面为可拆卸式挡板7，试验台5上固定有调速电机10，调速电机10与电机控制器电连接；调速电机10的转轴上连接有传动轴9，传动轴9通过试验模型箱体1上开设的通孔延伸入试验模型箱体1内，且传动轴9与设置于试验模型箱体1内的刀盘模型3连接。
试验模型箱体1通过“L”形连接件8固定在试验台5上，可拆卸式挡板7通过“L”形连接件8与试验模型箱体1连接；传动轴9上设置有轴承2，轴承2安装在通孔上。
试验模型箱体1通过“L”形连接件8固定于设备试验台5上，试验模型箱体1顶部的法兰盘6可快速拆卸，方便试验渣土4的装入，试验模型箱体1侧面的可拆卸式挡板7借助“L”形连接件8可快速地拆卸安装，为试验渣土4提供排出通道，同时方便安装拆卸模型刀盘；电机控制器对电机的转速和运转时间进行调节；轴承2可确保传动轴9中心轴可与调速电机10的中心轴重合，减少试验误差，减小机械损耗。
一种用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试的试验装置的试验方法包括以下步骤：
S1：对刀盘模型3进行拆卸，称量各个部件的重量，并记录为m；再称量组装好的刀盘模型3的总重量，记录为M；
S2：卸下可拆卸式挡板7，将称量过重量的刀盘模型3安装在传动轴9上，确保刀盘模型3位于试验模型箱体1中央，再重新安装上可拆卸式挡板7；
S3：拆下法兰盘6，向试验模型箱体1内填充试验渣土4，并封装上法兰盘6；
S4：根据实际施工中刀盘的转速及掘进速度，在电机控制器上设定电机工作的转速和运转时间，并记为刀盘模型3试验时工作的转速和运转时间；
S5：打开电机开关，刀盘模型3在设定的转速和运转时间进行磨耗试验；待电机停止后，卸下可拆卸式挡板7，移出试验模型箱体1内的试验渣土4并卸下刀盘模型3；
S6：称量磨耗试验后的刀盘模型3的总重量以及各个部件的重量，并分别记为M1和m1；
S7：根据公式(m-m1)/m计算出刀盘模型3磨耗试验前后各个部件的磨损率f，以及根据公式(M-M1)/M计算出刀盘模型3的总磨损率F。
S8：更换新的且相同配置的刀盘模型3，重复步骤S1-S7，并向试验模型箱体1内填充渣土改良后的试验渣土4，计算出各个部件的磨损率和总磨损率分别记为磨损率f1和总磨损率F1，对比分析磨损率f1和磨损率f、总磨损率F1和总磨损率F，通过对比结果对渣土改良后的试验渣土4对刀具减磨效果进行评估。
渣土改良技术是盾构施工中常用的一项技术，目的是为了改良渣土的性能，使渣土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力。
S9：更换新的且相同配置的刀盘模型3，重复步骤S1-S7，并更改步骤S4中的转速和运转时间，计算出各个部件的磨损率f2及总磨损率F2，并对比分析前后各个部件的磨损率f2和磨损率f、总磨损率F2和总磨损率F，通过对比结果对刀盘在不同转速和运转时间下的磨耗情况进行评估。
S10：更换不同配置的刀盘模型3，重复步骤S1-S7，并将各个部件的磨损率和总磨损率分别记为磨损率f3和总磨损率F3，对比分析前后各个部件的磨损率f3和磨损率f、总磨损率F3和总磨损率F，通过对比结果对不同配置的刀盘模型3在相同工作条件下的磨耗情况进行评估。
本发明提供的盾构刀盘刀具磨耗特性测试试验装置及方法，通过调整不同转速及运转时间进行刀盘磨耗试验，可以模拟不同使用时间和条件下刀盘磨耗情况，同时能够获取刀盘模型3上不同部位刀具的磨耗值；通过更换不同刀具配置的刀盘模型3进行磨耗测试，可以实现不同配置下刀盘刀具磨耗特征的对比研究；通过更换不同类型的试验渣土4对刀盘模型3进行磨耗测试，可以实现对不同类型试验渣土4对刀盘刀具磨耗特征的对比研究。
本发明通过对盾构机的刀盘模型3进行模拟试验，可实现对不同配置的刀盘刀具、不同类型渣土及不同刀盘转速和运转时间对刀盘刀具磨耗特征的试验研究，同时可以有效检验渣土改良对盾构刀盘刀具的减磨效果，在盾构施工中对刀盘刀具的磨损量进行预测，为盾构施工提供及时有效的定量指导。

Claims (5)

1.一种用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试的试验装置，其特征在于，包括试验模型箱体（1），所述试验模型箱体（1）固定在试验台（5）上，所述试验模型箱体（1）的顶部开设有填土口，所述填土口通过法兰盘（6）封装；所述试验模型箱体（1）的一个侧面为可拆卸式挡板（7），所述试验台（5）上固定有调速电机（10），所述调速电机（10）与电机控制器电连接；所述调速电机（10）的转轴上连接有传动轴（9），所述传动轴（9）通过试验模型箱体（1）上开设的通孔延伸入试验模型箱体（1）内，且传动轴（9）与设置于试验模型箱体（1）内的刀盘模型（3）连接；
所述试验模型箱体（1）通过“L”形连接件（8）固定在试验台（5）上，所述可拆卸式挡板（7）通过“L”形连接件（8）与试验模型箱体（1）连接；所述通孔上安装有轴承（2），所述传动轴（9）贯穿轴承（2）。
2.一种权利要求1所述的用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试的试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对刀盘模型（3）进行拆卸，称量各个部件的重量，并记录为m；再称量组装好的刀盘模型（3）的总重量，记录为M；
S2：卸下可拆卸式挡板（7），将称量过重量的刀盘模型（3）安装在传动轴（9）上，确保刀盘模型（3）位于试验模型箱体（1）中央，再重新安装上可拆卸式挡板（7）；
S3：拆下法兰盘（6），向试验模型箱体（1）内填充试验渣土（4），并封装上法兰盘（6）；
S4：根据实际施工中盾构刀盘的转速及掘进速度，在电机控制器上设定电机工作的转速和运转时间，并记为刀盘模型（3）试验时工作的转速和运转时间；
S5：打开电机开关，刀盘模型（3）在设定的转速和运转时间下进行磨耗试验；待电机停止后，卸下可拆卸式挡板（7），移出试验模型箱体（1）内的试验渣土（4）并卸下刀盘模型（3）；
S6：称量磨耗试验后的刀盘模型（3）的总重量以及各个部件的重量，并分别记为M1和m1；
S7：根据公式（m-m1）/m计算出刀盘模型（3）磨耗试验前后各个部件的磨损率f，以及根据公式（M-M1）/M计算出刀盘模型（3）的总磨损率F。
3.根据权利要求2所述的用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试的试验装置的试验方法，其特征在于，还包括：
S8：更换新的且相同配置的刀盘模型（3），重复步骤S1-S7，并且向试验模型箱体（1）内填充渣土改良后的试验渣土（4），计算出各个部件的磨损率和总磨损率并分别记为磨损率f1和总磨损率F1，对比分析磨损率f1和磨损率f、总磨损率F1和总磨损率F，通过对比结果对渣土改良后的试验渣土（4）对刀具减磨效果进行评估。
4.根据权利要求2所述的用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试的试验装置的试验方法，其特征在于，还包括：
S9：更换新的且相同配置的刀盘模型（3），重复步骤S1-S7，并更改步骤S4中的转速和运转时间，计算出刀盘模型（3）各个部件的磨损率f2及总磨损率F2，并对比分析各个部件的磨损率f2和磨损率f、总磨损率F2和总磨损率F，通过对比结果对刀盘模型（3）在不同转速和运转时间下的磨耗情况进行评估。
5.根据权利要求2所述的用于盾构刀盘刀具磨耗特性测试的试验装置的试验方法，其特征在于，还包括：
S10：更换不同配置的刀盘模型（3），重复步骤S1-S7，计算刀盘模型（3）各个部件的磨损率f3及总磨损率F3，对比分析各个部件的磨损率f3和磨损率f、总磨损率F3和总磨损率F，通过对比结果对不同配置的刀盘模型（3）在相同工况下的磨耗情况进行评估。
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