CN109506927A - 一种岩石物料仓及tbm滚刀回转滚压破岩试验台 - Google Patents

Abstract

一种岩石物料仓，包括物料仓水平支撑座、物料仓驱动装置、外支撑环、内支撑座、连接支撑柱、岩石夹持座、岩石支撑板、限位滚轮组件、夹持加载油缸，其特征在于：物料仓驱动装置的物料仓传动主轴一端连接动力源，另一端穿过物料仓水平支撑座与内支撑座固接；岩石夹持座放置于内支撑座内的岩石支撑板上；夹持加载油缸布置在内支撑座上，其活塞杆作用于岩石夹持座；连接支撑柱将外支撑环与内支撑座固接；限位滚轮组件布置于物料仓水平支撑座上，其限位滚轮与外支撑环相切；上述岩石物料仓在替换现有TBM标准线切割试验台的岩石物料仓后，获得了本发明一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台。该试验台可开展有/无围压条件下滚刀回转破岩试验。

Description

一种岩石物料仓及TBM滚刀回转滚压破岩试验台

技术领域

本发明属于岩土工程领域，涉及一种岩石物料仓和破岩刀具破岩切削试验台，尤其涉及一种用于改造现有TBM滚刀标准线切割试验台的岩石物料仓及TBM滚刀回转滚压破岩试验台。

背景技术

二十一世纪，我国进入工程建设大发展时代。TBM(全断面硬岩掘进机)凭借高效、环保、自动化程度高、地质适应性强、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降等诸多优点在水利、交通、能源、国防等一大批关键地下空间工程项目中得到了广泛应用。据预测，仅国内各主要城市对TBM的需求就达200多台，加上其它行业的需求，预计未来5年产业价值将高达500亿。

面对如此巨大的TBM市场需求，近年来国内各大高校和科研院所加大了对TBM相关设计、制备及应用等技术领域的研究投入和力度；其中借助TBM滚刀(盘形滚刀)标准线切割试验台(以下简称TBM标准线切割试验台)开展破岩试验研究是选用滚刀和设计TBM刀盘的重要途径和手段。然而，由于现有标准线切割试验台在模拟破岩过程上的局限性(仅能模拟单刀直线式滚压破岩过程)，尤其是现有TBM标准线切割试验台所用岩石物料仓装置的功能局限性(仅做到夹持岩石试样块，但无法模拟出原岩围压效应)，故无法模拟出与掘进工况相接近的TBM滚刀破岩过程。换而言之，现有TBM标准线切割试验台无法开展考虑原岩围压效应下的单刀回转滚压破岩试验。

在现有TBM标准线切割试验台的基础上，目前学术界逐步发展完善出若干TBM滚刀破岩试验新方案。例如，中南大学发明了一种可调式多滚刀切削破岩试验装置(公开号：CN101046537A)，可同时安装多把滚刀来模拟多滚刀回转滚压破岩运动，但无法将原岩围压效应等因素纳入考察。中南大学还发明了一种用于模拟滚刀滚压破岩、滚刀滚压冲击复合破岩和相似滚刀磨损过程的硬岩滚刀破岩特性测试装置(公开号：CN 103969101B)；该装置由于采用伺服液压缸以进行动静加载试验，故需要配置精度较高且结构复杂的液压泵站系统，设备成本和维护成本较高；此外，该装置还存在仅能进行直线式破岩、无法模拟原岩围压效应、待切削岩体表面水平设置等局限性。中铁隧道集团有限责任公司发明了一种TBM破岩试验装置(公开号：CN 102359919B)；该装置同样无法进行考虑原岩围压效应和刀具运动形式等因素的切削试验。沈阳重型机械集团有限公司发明了一种岩石掘进机多刀多角度破岩装置(公开号：CN 102445336A)；该装置虽然能够模拟岩石环状围压加载功能，但在加载时存在由于刀具定位不可靠而引起的加工轨迹偏离、围压分段模拟不准确、液压缸同步性要求高等问题，且同样无法进行回转切削试验。北京工业大学和广州市新欧机械有限公司联合发明了一种TBM滚刀旋转破岩试验平台及与之配套使用的围压装置和回转装置(公开号：CN 103226068B、CN 103226078B、CN 103226077B)，上述装置既能开展双刀回转滚压破岩试验，又能模拟单向(或双向)围压条件下的双刀滚压破岩试验，但依旧无法模拟围压条件下滚刀回转滚压破岩试验。

综上来看，上述TBM滚刀破岩试验新方案虽然克服了现有TBM标准线切割试验台的部分功能缺陷(如可模拟多刀回转滚压破岩过程、可研究滚刀动静耦合破岩新方式、可开展相似滚刀磨损试验等)，但能够进行原岩围压效应下滚刀回转滚压破岩试验的方案尚不多见。纵使理论上存在这样的解决方案，但其结构相对于现有TBM标准线切割试验台而言会复杂得多，因此试验成本较为高昂(需要重新购置全新的试验平台，导致现有TBM标准线切割试验台闲置)。

目前，尚未有在保证现有TBM标准线切割试验台主体结构和总体布局形式不变的前提下，对现有TBM标准线切割试验台某一组成部件(如岩石物料仓)进行局部改造升级，以实现有/无围压条件(无围压或不同围压下)下单刀回转滚压破岩试验新功能的低成本技术实施方案。

发明内容

为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供一种岩石物料仓，包括：物料仓水平支撑座、物料仓驱动装置、外支撑环、内支撑座、连接支撑柱、岩石夹持座、岩石支撑板、限位滚轮组件、夹持加载油缸，其特征在于：

所述内支撑座中心开设有内花键孔；所述岩石支撑板通过螺钉同轴地固接在所述内支撑座的仓体内；所述内支撑座、所述外支撑环依次由内向外同轴地布置；所述连接支撑柱周向等角度对称地布置于所述内支撑座与所述外支撑环之间，且所述连接支撑柱的两端分别与与之对应的所述内支撑座和所述外支撑环固接；所述岩石夹持座为开口式仓体结构，用于放置并夹持岩石试样；所述岩石夹持座放置于所述内支撑座的仓体内，所述岩石夹持座的下底面(即与岩石待切削表面相对的面)与所述岩石支撑板相接触；所述夹持加载油缸周向等间隔角度均匀地布置于所述外支撑环内部，所述夹持加载油缸的缸体与所述内支撑座固接，其活塞杆作用于所述岩石夹持座的侧面；

所述物料仓水平支撑座的中心位置开设有轴承座孔；所述限位滚轮组件压紧于所述外支撑环，限定所述外支撑环相对所述物料仓水平支撑座的径向移动，从而将所述外支撑环承受的反力向所述物料仓水平支撑座传递，其结构组成包括限位滚轮座和安装于其内且可绕自身轴线自由转动的限位滚轮；所述限位滚轮座安装于所述物料仓水平支撑座上；至少三组所述限位滚轮组件通过所述限位滚轮座关于所述物料仓水平支撑座的轴承座孔的中轴线周向等角度等间隔地布置于所述物料仓水平支撑座上，且使得所述外支撑环的外周面与所述限位滚轮相切；

所述物料仓驱动装置包括物料仓传动主轴、减速传动机构、动力源，其中：所述物料仓传动主轴周向活动地支承于所述物料仓水平支撑座上；所述物料仓传动主轴的一端与所述内支撑座上的内花键孔形成花键配合，另一端通过安装于其上的齿轮Ⅰ依次与所述减速机构、所述动力源动力连接。

作为优选，所述物料仓传动主轴借助滚动轴承周向活动地支承于所述物料仓水平支撑座上。

更为优选，所述滚动轴承为向心推力轴承。

更为优选，所述滚动轴承为向心轴承和推力轴承组合使用。

作为优选，所述物料仓水平支撑座上布置有四组所述限位滚轮组件。

作为优选，所述内支撑座与所述外支撑环之间通过四根所述连接支撑柱固接。

作为优选，所述内支撑座上周向对称布置有四个所述夹持加载油缸。

作为优选，所述岩石夹持座由四块侧钢板和一块底板固接而成。

作为优选，所述限位滚轮座内安装有两个所述限位滚轮。

作为优选，考虑到所述岩石试样的制造加工误差，为了保证所述岩石试样被可靠牢固夹持，所述岩石试样与所述岩石夹持座的间隙内填充水泥。

作为优选，针对圆柱形的所述岩石试样，所述岩石夹持座设计为回转体状开口式仓体结构；值得说明的是，所述岩石夹持座由四块弧状钢板和一块圆形底钢板固接而成；在所述岩石夹持座外周面上，且与所述夹持加载油缸的活塞杆正对的位置铣削出夹持平面；所述夹持加载油缸的活塞杆可压紧于其正对的所述夹持平面。

作为优选，为了进一步实现有围压条件下滚刀破岩试验，本发明提供的一种岩石物料仓还包括压紧钢板Ⅰ，其中：矩形的所述岩石试样的底部(即远离待切削表面的一端)放置于所述内支撑座内的所述岩石支撑板上；所述夹持加载油缸将所述压紧钢板Ⅰ压紧于所述岩石试样的四个侧面上，从而达到了将所述岩石试样可靠夹持安装于所述内支撑座仓体内，并同时可向所述岩石试样的四个侧面施加侧向围压的目的。

作为优选，本发明提供的一种岩石物料仓还包括弧状钢板，所述岩石试样的底部放置于所述内支撑座内的所述岩石支撑板上；所述夹持加载油缸的活塞杆通过压紧所述弧状钢板于所述岩石试样外表面，从而达到了将所述岩石试样可靠夹持安装于所述内支撑座仓体内，且同时可向所述岩石试样施加侧向围压。

本发明提供的一种岩石物料仓(即岩石物料仓Ⅱ)可用于改造现有TBM标准线切割试验台，即将本发明提供的所述岩石物料仓Ⅱ替换下现有TBM标准线切割试验台的岩石物料仓I，获得了一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台。

一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台，包括岩石物料仓Ⅱ、横向液压缸Ⅰ、横向导轨Ⅰ、物料仓支撑底座、基座、垂直液压缸、横梁、立柱、活动横梁、滚刀固定座、滚刀安装座、滚刀、物料仓连接法兰Ⅰ、物料仓横向移动安装座Ⅰ、物料仓纵向移动安装座Ⅰ、纵向导轨、纵向液压缸、动力源、减速传动机构、垂直导轨，其特征在于：所述岩石物料仓Ⅱ通过所述物料仓连接法兰Ⅰ固接在现有TBM标准线切割试验台的所述物料仓横向移动安装座Ⅰ上；所述动力源和所述减速传动机构安装于所述物料仓连接法兰Ⅰ上；

值得说明的是，所述TBM滚刀回转滚压破岩试验台的其他技术特征与现有TBM标准线切割试验台的相同，即：

所述物料仓支撑底座固接在所述基座上；所述物料仓支撑底座上部对称地设置有所述纵向导轨；所述物料仓纵向移动安装座Ⅰ活动地嵌套放置于所述纵向导轨；所述纵向液压缸推动所述物料仓纵向移动安装座Ⅰ相对所述物料仓支撑底座沿所述纵向导轨纵向运动；所述横向导轨Ⅰ设置于所述物料仓纵向移动安装座Ⅰ上，所述物料仓横向移动安装座Ⅰ活动地嵌套放置于所述横向导轨Ⅰ；所述横向液压缸Ⅰ推动所述物料仓横向移动安装座Ⅰ沿所述横向导轨Ⅰ相对所述物料仓纵向移动安装座Ⅰ作横向运动；所述岩石物料仓Ⅱ两侧垂直布置有两个所述立柱，顶端由一根所述横梁连接，形成一个龙门机架结构；所述垂直液压缸的缸体和活塞杆分别与所述横梁和所述活动横梁固接，由所述垂直液压缸实现所述活动横梁沿所述立柱上所述垂直导轨相对所述立柱作垂直运动；所述活动横梁上安装有所述滚刀固定座；所述滚刀安装座与所述滚刀固定座固接，所述滚刀活动地安装在所述滚刀固定座内。

为了使所述岩石物料仓Ⅱ与现有TBM标准线切割试验台的主体结构有机融合，易于装配调试，并最大化整机工作性能，去掉现有TBM标准线切割试验台的所述物料仓横向移动安装座Ⅰ，并对所述物料仓连接法兰Ⅰ、所述物料仓纵向移动安装座Ⅰ、所述横向导轨Ⅰ、所述横向液压缸Ⅰ进行了改进，从而获得本发明一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台。本发明提供了一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台，包括岩石物料仓Ⅱ、横向导轨Ⅱ、纵向液压缸、纵向导轨、垂直液压缸、横梁、立柱、活动横梁、滚刀固定座、滚刀安装座、滚刀、物料仓连接法兰Ⅱ、横向液压缸Ⅱ、物料仓纵向移动安装座Ⅱ、物料仓支撑底座、基座、动力源、减速传动机构、垂直导轨，其特征在于：

所述物料仓纵向移动安装座Ⅱ活动地嵌套在现有TBM标准线切割试验台的所述纵向导轨上；所述横向导轨Ⅱ布置在所述物料仓纵向移动安装座Ⅱ上；所述物料仓连接法兰Ⅱ的下部开设了可活动地嵌套在所述横向导轨Ⅱ的导轨槽；所述横向液压缸Ⅱ的缸体和活塞杆分别与所述物料仓纵向移动安装座Ⅱ和所述物料仓连接法兰Ⅱ固接；所述岩石物料仓Ⅱ固接在所述物料仓连接法兰Ⅱ上；所述横向液压缸Ⅱ推动所述物料仓连接法兰Ⅱ沿所述横向导轨Ⅱ相对所述物料仓纵向移动安装座Ⅱ作横向运动；所述动力源和所述减速传动机构安装于所述物料仓连接法兰Ⅱ；值得说明的是，所述TBM滚刀回转滚压破岩试验台的其他技术特征与现有TBM标准线切割试验台的相同。

本发明的有益之处在于：本发明结构简单、经济实用，在现有TBM标准线切割试验台的基础上对物料仓部分进行了创新改进，使其与真实工况更接近，可实现TBM刀具模拟有/无围压条件下滚刀回转限压破岩试验。在现有TBM标准线切割试验台的基础上，只需置换本发明提供的所述岩石物料仓Ⅱ就能进行以上的破岩试验，无需购买新的试验台，极大的提高的现有设备的利用率，既节能又环保。

附图说明

图1为现有TBM标准线切割试验台的立体结构示意图。

图2为本发明一种岩石物料仓具体实施例一的结构示意图。

图3为图2中岩石物料仓的右视图。

图4为图2中A处的局部放大图(相对图2逆时针旋转90°放置)。

图5为图3替换上圆柱形的岩石夹持座后的示意图。

图6为本发明一种岩石物料仓具体实施例三应用于围压条件下回转滚压破岩试验时夹持矩形的岩石试样的安装示意图。

图7为本发明一种岩石物料仓具体实施例四应用于围压条件下回转滚压破岩试验时夹持圆柱形的岩石试样的安装示意图。

图8为本发明一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台具体实施例五的结构示意图。

图9为本发明一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台具体实施例六的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地描述本发明的技术方案和优点，现结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述。

如图1所示，现有TBM标准线切割试验台包括：垂直液压缸(1)、横梁(2)、立柱(3)、活动横梁(4)、滚刀固定座(5)、滚刀安装座(6)、滚刀(7)、物料仓支撑底座(8)、横向液压缸Ⅰ(9)、横向导轨Ⅰ(10)、基座(11)、纵向液压缸(29)、纵向导轨(30)、岩石物料仓I(31)、物料仓纵向移动安装座Ⅰ(32)、物料仓横向移动安装座Ⅰ(34)、垂直导轨(未画出)，其特征在于：物料仓支撑底座(8)固接在基座(11)上；物料仓支撑底座(8)上部对称地设置有纵向导轨(30)；物料仓纵向移动安装座Ⅰ(32)活动地嵌套放置于纵向导轨(30)；纵向液压缸(29)推动物料仓纵向移动安装座Ⅰ(32)相对物料仓支撑底座(8)沿纵向导轨(30)纵向运动；横向导轨Ⅰ(10)设置于物料仓纵向移动安装座Ⅰ(32)上，物料仓横向移动安装座Ⅰ(34)活动地嵌套放置于横向导轨Ⅰ(10)；横向液压缸Ⅰ(9)推动物料仓横向移动安装座Ⅰ(34)沿横向导轨Ⅰ(10)相对物料仓纵向移动安装座Ⅰ(32)作横向运动；岩石物料仓I(31)用于放置并夹持岩石试样(20)，以供破岩刀具切削；岩石物料仓I(31)固接在物料仓横向移动安装座Ⅰ(34)上；一般而言，为了便于装拆岩石试样块，岩石试样(20)下部四周通过紧固螺钉进行固定，而岩石试样(20)上部为自由面；岩石物料仓I(31)两侧垂直布置有两个立柱(3)，顶端由一根横梁(2)连接，形成一个龙门机架结构；垂直液压缸(1)的缸体和活塞杆分别与横梁(2)和活动横梁(4)固接，由垂直液压缸(1)实现活动横梁(4)沿立柱(3)上所述垂直导轨相对立柱(3)作垂直运动；活动横梁(4)上安装有滚刀固定座(5)；滚刀安装座(6)与滚刀固定座(5)固接，滚刀(7)活动地安装在滚刀固定座(5)内；采用工控机、数据采集卡、三向力传感器、声发射装置、高速数字摄像系统对滚刀破岩过程和磨损过程进行监测。所述试验台能够模拟滚刀无围压条件下直线式滚压破岩过程，但无法进行有围压条件下滚刀回转破岩试验。

具体实施例一。

为了解决现有TBM标准线切割试验台的岩石物料仓的不能进行滚刀回转破岩试验，本发明在现有TBM标准线切割试验台的基础上提供一种岩石物料仓。如图2至图5所示，为本发明提供的一种岩石物料仓，包括物料仓水平支撑座(12)、物料仓驱动装置、外支撑环(18)、内支撑座(15)、连接支撑柱(28)、岩石夹持座(19)、岩石支撑板(16)、限位滚轮组件、夹持加载油缸(17)，其特征在于：

如图2所示，内支撑座(15)为环状仓体式结构，其中心开设有内花键孔；岩石支撑板(16)通过螺钉同轴地固接在所述内支撑座(15)的仓体内；内支撑座(15)、外支撑环(18)依次由内向外同轴地布置；连接支撑柱(28)周向等角度对称地布置于内支撑座(15)与外支撑环(18)之间，且连接支撑柱(28)的两端分别与与之对应的内支撑座(15)和外支撑环(18)固接；

岩石夹持座(19)为开口式仓体结构，用于放置并夹持岩石试样(20)；岩石夹持座(19)放置于内支撑座(15)的仓体内，岩石夹持座(19)的下底面(即与岩石待切削表面相对的面)与岩石支撑板(16)相接触；

夹持加载油缸(17)布置于外支撑环(18)内部，夹持加载油缸(17)的缸体与内支撑座(15)固接，活塞杆作用于岩石夹持座(19)的侧面；在实际实施过程中，考虑到岩石试样(20)存在圆柱形和矩形两种型式，故岩石夹持座(19)也相应地包括回转体开口式仓体结构和方形开口式仓体结构两种型式；

本例中，如图2和图3所示，采用的是矩形的岩石夹持座(19)，更为具体地，岩石夹持座(19)包括底板和侧钢板，且底板与四块侧钢板固接；作为优选，岩石试样(20)四个侧面对应的位置处布置有4个用于夹持岩石试样(20)或对岩石试样(20)侧面施加侧向围压载荷的夹持加载油缸(17)；为了受力变形均匀，四个所述夹持加载油缸关于所述内支撑座周向对称布置；夹持加载油缸(17)的缸体均与内支撑座(15)固接，其活塞杆活动地穿过内支撑座(15)，并压紧于岩石夹持座(19)的四个侧面；

物料仓水平支撑座(12)的中心位置开设有轴承座孔；限位滚轮组件压紧于外支撑环(18)，限定外支撑环(18)相对物料仓水平支撑座(12)的径向移动，从而将外支撑环(18)承受的反力向物料仓水平支撑座(12)传递，其结构组成包括限位滚轮座(14)和安装于其内且可绕自身轴线自由转动的限位滚轮(13)；限位滚轮座(14)安装于物料仓水平支撑座(12)上；至少三组限位滚轮组件通过限位滚轮座(14)关于物料仓水平支撑座(12)轴承座孔的中轴线周向等角度间隔地布置于物料仓水平支撑座(12)上，且使得外支撑环(18)的外周面与限位滚轮(13)相切；

物料仓驱动装置包括物料仓传动主轴(27)、减速传动机构、动力源，其中：如图2所示，物料仓传动主轴(27)的中间段活动地穿过所述轴承座孔，并借助轴承(优选滚动轴承)周向活动地支承于物料仓水平支撑座(12)上；物料仓传动主轴(27)一端与内支撑座(15)上的内花键孔形成花键配合，另一端通过安装于其上的齿轮Ⅰ(24)依次与减速机构、动力源动力连接；更为具体地，本例中，物料仓传动主轴(27)的伸出轴端通过轴承端盖(23)伸出，且通过平键安装有齿轮Ⅰ(24)，其轴向利用轴端挡圈(26)固定；轴承端盖(23)与所述轴承座孔同轴布置，固接于物料仓水平支撑座(12)的另一侧；

更为优选，所述滚动轴承为向心推力轴承。

更为优选，本例中，如图2和图4所示，前述滚动轴承为推力轴承和向心轴承组合使用，即推力轴承(21)和滚动轴承(22)依次放置在物料仓水平支撑座(12)上的轴承座孔中；借助组合使用的推力轴承(21)和向心轴承(22)将物料仓传动主轴(27)周向活动地支承于物料仓水平支撑座(12)上。

作为优选，物料仓水平支撑座(12)上布置有四组所述限位滚轮组件。

作为优选，内支撑座(15)与外支撑环(18)之间通过四根连接支撑柱(28)固接。

作为优选，所述限位滚轮座(14)内安装有两个限位滚轮(13)。

作为优选，考虑到岩石试样(20)的制造加工误差，为了保证岩石试样(20)被可靠牢固夹持，岩石试样(20)与岩石夹持座(19)的间隙内填充水泥。

值得说明的是，本例中的岩石物料仓仅能实现岩石试样(20)的回转，无法向其施加围压。

具体实施例二。

在具体实施例一的基础上，如图5所示，针对圆柱形的岩石试样(20)，岩石夹持座(19)设计为回转体状开口式仓体结构；值得说明的是，本例中的岩石夹持座(19)由四块弧状钢板(41)和一块圆形底钢板固接而成；在岩石夹持座(19)外周面上，且与夹持加载油缸(17)活塞杆正对的位置铣削出夹持平面；夹持加载油缸(17)活塞杆可压紧于其正对的所述夹持平面。这样一来，便实现了对圆柱形的岩石试样(20)的牢固夹持，同时可夹持上表面面积更大的岩石试样，相对于矩形的岩石试样(20)，更有利于开展滚刀回转滚压破岩(岩石试样(20)的尺寸边界效应相对较低)。

具体实施例三。

作为优选，为了进一步实现有围压条件下滚刀破岩试验，如图6所示，本发明提供的一种岩石物料仓还包括压紧钢板Ⅰ(39)，其中：矩形的岩石试样(20)的底部(即远离待切削表面的一端)放置于内支撑座(15)内的岩石支撑板(16)上；夹持加载油缸(17)将压紧钢板Ⅰ(39)压紧于岩石试样(20)的四个侧面上，从而达到了将岩石试样(20)可靠夹持安装于内支撑座(15)仓体内，并同时向岩石试样(20)的四个侧面施加侧向围压的目的。

作为优选，为了使得受力变形均匀，具体实施例二和具体实施例三中，所述夹持加载油缸周向等间隔角度均匀地布置于所述外支撑环内部。

具体实施例四。

作为优选，为了实现对圆柱形的岩石试样(20)的围压加载，如图7所示，本发明提供的一种岩石物料仓还包括弧状钢板(41)，圆柱形的岩石试样(20)的底部(即远离待切削表面的一端)放置于内支撑座(15)内的岩石支撑板(16)上；夹持加载油缸(17)的活塞杆通过压紧弧状钢板(41)于岩石试样(20)圆周表面，从而达到了将岩石试样(20)可靠夹持安装于内支撑座(15)仓体内，且同时可向岩石试样(20)施加侧向围压。值得说明的是，本例中通过夹持加载油缸(17)活塞杆将四块弧状钢板(41)压紧于岩石试样(20)圆周表面。

具体实施例五。

如图8所示，本发明提供的一种岩石物料仓(即岩石物料仓Ⅱ(40))可用于改造现有TBM标准线切割试验台，即将本发明提供的岩石物料仓Ⅱ(40)替换下现有TBM标准线切割试验台的岩石物料仓I(31)，获得了一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台。一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台，包括岩石物料仓Ⅱ(40)、横向液压缸Ⅰ(9)、横向导轨Ⅰ(10)、物料仓支撑底座(8)、基座(11)、垂直液压缸(1)、横梁(2)、立柱(3)、活动横梁(4)、滚刀固定座(5)、滚刀安装座(6)、滚刀(7)、物料仓连接法兰Ⅰ(33)、物料仓横向移动安装座Ⅰ(34)、物料仓纵向移动安装座Ⅰ(32)、纵向导轨(30)、纵向液压缸(29)、动力源、减速传动机构、垂直导轨，其特征在于：

岩石物料仓Ⅱ(40)通过物料仓连接法兰Ⅰ(33)固接在现有TBM标准线切割试验台的物料仓横向移动安装座Ⅰ(34)上；所述动力源和所述减速传动机构安装于物料仓连接法兰Ⅰ(33)上；这样一来，岩石物料仓Ⅱ(40)可相对物料仓连接法兰Ⅰ(33)的中轴线作回转运动，在不额外购置新试验台的基础上实现了有无围压条件下滚刀回转滚压破岩试验的功能，节约了试验成本，提高了现有TBM标准线切割试验台的使用率和利用价值。

值得说明的是，本例中所述TBM滚刀回转滚压破岩试验台的其他技术特征与前述现有TBM标准线切割试验台的相同，即：

物料仓支撑底座(8)固接在基座(11)上；物料仓支撑底座(8)上部对称地设置有纵向导轨(30)；物料仓纵向移动安装座Ⅰ(32)活动地嵌套放置于纵向导轨(30)；纵向液压缸(29)推动物料仓纵向移动安装座Ⅰ(32)相对物料仓支撑底座(8)沿纵向导轨(30)纵向运动；横向导轨Ⅰ(10)设置于物料仓纵向移动安装座Ⅰ(32)上，物料仓横向移动安装座Ⅰ(34)活动地嵌套放置于横向导轨Ⅰ(10)；横向液压缸Ⅰ(9)推动物料仓横向移动安装座Ⅰ(34)沿横向导轨Ⅰ(10)相对物料仓纵向移动安装座Ⅰ(32)作横向运动；岩石物料仓Ⅱ(40)两侧垂直布置有两个立柱(3)，顶端由一根横梁(2)连接，形成一个龙门机架结构；垂直液压缸(1)的缸体和活塞杆分别与横梁(2)和活动横梁(4)固接，由垂直液压缸(1)实现活动横梁(4)沿立柱(3)上所述垂直导轨相对立柱(3)作垂直运动；活动横梁(4)上安装有滚刀固定座(5)；滚刀安装座(6)与滚刀固定座(5)固接，滚刀(7)活动地安装在滚刀固定座(5)内。

具体实施例六。

在具体实施例五中，岩石物料仓Ⅱ(40)通过物料仓连接法兰Ⅰ(33)固接在现有TBM标准线切割试验台的物料仓横向移动安装座Ⅰ(34)上；为了使岩石物料仓Ⅱ(40)与现有TBM标准线切割试验台的主体结构有机融合，易于装配调试，并最大化整机工作性能，如图9所示，本例去掉了现有TBM标准线切割试验台的物料仓横向移动安装座Ⅰ(34)，并对物料仓连接法兰Ⅰ(33)、物料仓纵向移动安装座Ⅰ(32)、横向导轨Ⅰ(10)、横向液压缸Ⅰ(9)进行了改进，从而获得本发明一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台具体实施例六。本发明提供了一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台，包括岩石物料仓Ⅱ(40)、横向导轨Ⅱ(38)、纵向液压缸(29)、纵向导轨(30)、垂直液压缸(1)、横梁(2)、立柱(3)、活动横梁(4)、滚刀固定座(5)、滚刀安装座(6)、滚刀(7)、物料仓连接法兰Ⅱ(36)、横向液压缸Ⅱ(37)、物料仓纵向移动安装座Ⅱ(35)、物料仓支撑底座(8)、基座(11)、动力源、减速传动机构、垂直导轨，其特征在于：

物料仓纵向移动安装座Ⅱ(35)活动地嵌套在现有TBM标准线切割试验台的纵向导轨(30)上；横向导轨Ⅱ(38)布置在物料仓纵向移动安装座Ⅱ(35)上；物料仓连接法兰Ⅱ(36)的下部开设了可活动地嵌套在横向导轨Ⅱ(38)的导轨槽；横向液压缸Ⅱ(37)的缸体和活塞杆分别与物料仓纵向移动安装座Ⅱ(35)和物料仓连接法兰Ⅱ(36)固接；岩石物料仓Ⅱ(40)固接在物料仓连接法兰Ⅱ(36)上；横向液压缸Ⅱ(37)推动物料仓连接法兰Ⅱ(36)沿横向导轨Ⅱ(38)相对物料仓纵向移动安装座Ⅱ(35)作横向运动；所述动力源和所述减速传动机构安装于所述物料仓连接法兰Ⅱ(36)。

值得说明的是，本例中所述TBM滚刀回转滚压破岩试验台的其他技术特征与具体实施例五相同。

为了便于理解本发明一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台，现以具体实施例五中的TBM滚刀回转滚压破岩试验台作说明。

本发明装置可实现的具体功能包括：

1、滚刀直线与回转滚压破岩试验模式的切换，其中：

①滚刀直线滚压破岩模式：首先，通过横向液压缸Ⅰ(9)或纵向液压缸(29)调节岩石物料仓Ⅱ(40)位置，从而使得滚刀(7)相对于岩石试样(20)的待切削表面处于最佳位置；在垂直液压缸(1)的驱动下，其活塞杆推动固接在活动横梁(4)上的滚刀(7)向下进给；垂直液压缸(1)通过滚刀安装座(6)向滚刀(7)施加一个准静态垂直推力，使得滚刀(7)接触并贯入岩石试样(20)至给定切深，之后锁死垂直液压缸(1)；驱动纵向液压缸(29)，便完成一次直线破岩试验；完成一次拉槽试验后，在横向液压缸Ⅰ(9)的驱动下，可使得岩石物料仓Ⅱ(40)作水平横向移动，从而带动岩石试样(20)作水平横向移动，用于模拟实现不同刀间距下多刀顺次滚刀直线滚压破岩过程；

②滚刀回转滚压破岩模式：首先，通过横向液压缸Ⅰ(9)或纵向液压缸(29)调节岩石物料仓Ⅱ(40)位置，从而使得滚刀(7)相对于岩石试样(20)的待切削表面处于最佳位置；在垂直液压缸(1)的驱动下，其活塞杆推动固接在活动横梁(4)上的滚刀(7)向下进给；垂直液压缸(1)通过滚刀安装座(6)向滚刀(7)施加一个准静态垂直推力，使得滚刀(7)接触并贯入岩石试样(20)至给定切深，之后锁死垂直液压缸(1)；在物料仓连接法兰Ⅰ(33)内动力源(未画出)的驱动下，经减速传动机构与齿轮Ⅰ(24)动力连接旋转，从而利用物料仓传动主轴(27)带动岩石物料仓Ⅱ(40)和岩石试样(20)旋转，由于滚刀(7)切深固定，故在摩擦力矩作用下，滚刀(7)发生自转运动；通过岩石试样(20)的绕轴公转和滚刀(7)自转运动相叠加，可综合实现滚刀回转滚压破岩运动；完成一次拉槽试验后，通过驱动横向液压缸Ⅰ(9)，实现不同刀间距下多刀顺次回转滚压破岩过程。

2、有无围压条件下滚刀滚压破岩试验模式的切换，其中：

①无围压条件下：如图3所示，首先，通过4个夹持加载油缸(17)将岩石夹持座(19)夹持固定在内环支撑底座(15)的仓体内，其夹持力通过加载用溢流阀调节设定，再锁定四个夹持加载油缸(17)的进出油路；通过横向液压缸Ⅰ(9)或纵向液压缸(29)调节岩石物料仓Ⅱ(40)位置，从而使得滚刀(7)相对于岩石试样(20)的待切削表面处于最佳位置；由于夹持加载油缸(17)的活塞杆作用于岩石夹持座(19)的四个侧壁上，而非直接作用于岩石试样(20)，故可以进行无围压条件下的滚刀破岩的相关试验研究；

②有围压条件下：如图3所示，首先，驱动4个夹持加载油缸(17)，使4个夹持加载油缸(17)的活塞杆将四块钢板Ⅰ(39)压紧于岩石试样(20)的四个侧面(其夹持力通过加载用溢流阀调节设定，其夹持力大小不超过5kN)；通过横向液压缸Ⅰ(9)或纵向液压缸(29)调节岩石物料仓Ⅱ(40)位置，从而使得滚刀(7)相对于岩石试样(20)的待切削表面处于最佳位置；则可以进行围压条件下的滚刀破岩的相关试验研究；本方案中，若夹持力过大，会对岩石块的夹持面产生显著的围压效应，从而影响试验精度；若夹持力过小，可造成岩石试样(20)在试验过程中松动脱落；

值得说明的是，上述不同大的类型的破岩试验模式可以根据需要进行叠加选用，例如可进行围压条件下滚刀回转滚压破岩时，也可进行无围压条件下滚刀回转滚压破岩；同一大类下破岩试验模式不可叠加选用，如不能同时进行直线式和回转滚压破岩试验，但能够进行可控因素下多次对比试验以研究某一因素对刀具切削性能和岩石破碎机制的影响规律，例如，先后地多次开展有/无围压条件下滚刀直线滚压破岩试验；

本发明的有益之处在于：本发明结构简单、经济实用，在现有TBM标准线切割试验台的基础上对物料仓部分进行了创新改进，使其与真实工况更接近，可实现TBM刀具模拟有/无围压条件下滚刀回转限压破岩试验。在现有TBM标准线切割试验台的基础上，只需置换本发明提供的岩石物料仓Ⅱ(40)就能进行以上的破岩试验，无需购买新的试验台，极大的提高的现有设备的利用率，既节能又环保。

以上所述，仅为本发明较佳的具体方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩石物料仓，包括：物料仓水平支撑座、物料仓驱动装置、外支撑环、内支撑座、连接支撑柱、岩石夹持座、岩石支撑板、限位滚轮组件、夹持加载油缸，其特征在于：

所述岩石支撑板同轴地固接在所述内支撑座的仓体内；所述内支撑座、所述外支撑环依次由内向外同轴地布置；所述连接支撑柱周向等角度对称地布置于所述内支撑座与所述外支撑环之间，且所述连接支撑柱的两端分别与与之对应的所述内支撑座和所述外支撑环固接；所述岩石夹持座为方形开口式仓体结构，用于放置并夹持矩形的岩石试样；所述岩石夹持座放置于所述内支撑座的仓体内，所述岩石夹持座的下底面与所述岩石支撑板相接触；所述夹持加载油缸布置于所述外支撑环内部，所述夹持加载油缸的缸体与所述内支撑座固接，其活塞杆作用于所述岩石夹持座的侧面；

所述限位滚轮组件包括限位滚轮座和安装于其内且可绕自身轴线自由转动的限位滚轮；所述限位滚轮座安装于所述物料仓水平支撑座上；至少三组所述物料仓限位滚轮组件通过所述限位滚轮座关于所述物料仓水平支撑座的中轴线周向等角度间隔地布置于所述物料仓水平支撑座上，且使得所述外支撑环的外周面与所述限位滚轮相切；

所述物料仓驱动装置包括物料仓传动主轴、减速传动机构、动力源，其中：所述物料仓传动主轴借助轴承周向活动地支承于所述物料仓水平支撑座上；所述物料仓传动主轴的一端与所述内支撑座周向固定，另一端依次与所述减速机构、所述动力源动力连接。

2.根据权利要求1所述的一种岩石物料仓，其特征在于：所述内支撑座中心开设有内花键孔；所述物料仓传动主轴的一端与所述内支撑座上的内花键孔形成花键配合。

3.根据权利要求2所述的一种岩石物料仓，其特征在于：所述物料仓传动主轴借助滚动轴承周向活动地支承于所述物料仓水平支撑座上。

4.根据权利要求3所述的一种岩石物料仓，其特征在于：所述物料仓水平支撑座上布置有四组所述限位滚轮组件。

5.根据权利要求4所述的一种岩石物料仓，其特征在于：所述限位滚轮组件的所述限位滚轮座内安装有两个所述限位滚轮。

6.根据权利要求2所述的一种岩石物料仓，其特征在于：所述内支撑座上周向对称布置有四个所述夹持加载油缸。

7.根据权利要求1所述的一种岩石物料仓，其特征在于：所述内支撑座与所述外支撑环之间通过四根所述连接支撑柱固接。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一种岩石物料仓，其特征在于：还包括压紧钢板Ⅰ；矩形的所述岩石试样的底部放置于所述内支撑座内的所述岩石支撑板上；所述夹持加载油缸将所述压紧钢板Ⅰ压紧于所述岩石试样的四个侧面上。

9.根据权利要求1所述的一种岩石物料仓，其特征在于：所述岩石夹持座由四块侧钢板和一块底板固接而成。

10.一种TBM滚刀回转滚压破岩试验台，其特征在于：包括物料仓连接法兰Ⅰ、物料仓横向移动安装座Ⅰ和如权利要求1至9任一项所述的岩石物料仓；所述岩石物料仓通过所述物料仓连接法兰Ⅰ固接在所述物料仓横向移动安装座Ⅰ上；所述动力源和所述减速传动机构安装于所述物料仓连接法兰Ⅰ上。