CN111157390A - 一种tbm试验台的缩比滚刀位置调节装置及其调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TBM试验台的缩比滚刀位置调节装置及其调节方法，包括：底板，所述底板上设置有数条均匀分布的T型槽，所述相邻的T型槽之间设置有滑轨，所述每一滑轨上设置有数个刀具固定座，刀具固定座与所述滑轨之间设置有中间板，刀具固定座上设置有数个沿圆周方向均匀的圆弧槽口，中间板上设置有与所述圆弧槽口配合的第一通孔，所述中间板上还设置有数个第二通孔，所述第二通孔与所述T型槽之间通过短T型螺栓连接；本发明在底板上设置不同安装半径的缩比滚刀，同时适用线性滚压试验和回转滚压试验，本发明可布置多把缩比滚刀，刀与刀之间的间距可以实现无级调节，使得本发明可探究多刀耦合作用、刀间距以及刀具布局等对破岩效率的影响。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，具体属于一种TBM试验台的缩比滚刀位置调节装置及其调节方法。
背景技术
刀盘上刀具的合理布置能够使TBM具有良好的掘进性能，合理的布置刀具能够节约施工成本并提高施工效率，所以刀具布置规律以及刀间距的研究一直是盾构机设计的重点。
目前对TBM刀具的相关研究主要是通过TBM试验台，现有的TBM试验台主要分为两种：线性滚压试验台(刀具做直线运动)和回转滚压试验台(刀具做圆周运动)；线性滚压试验台适用于模拟滚刀安装半径(旋转半径)较大的工况，回转滚压试验台适用于模拟滚刀安装半径(旋转半径)较小的工况。
目前的线性滚压试验台通常安装一把刀具，只能进行单刀滚压试验，无法研究刀具间的耦合作用及刀间距对破岩的影响。如中南大学(欧阳涛.盘形滚刀切削性能试验台研制及其应用[D].中南大学,2014.)、北京工业大学(龚秋明,张浩,李真,杜修力,何冠文,王起新.机械破岩试验平台研制[J].现代隧道技术,2016,53(02):17-25.)的试验台；回转滚压试验台能安装两至三把刀具，数量仍然有限，而且每把刀具间隔角度较大(圆周均布安装，三把刀具的间隔角度达到120度)，与真实刀具的间隔角度相差过大。如中铁隧道集团有限公司的一种TBM破岩试验机滚刀刀座调整结构(公开号CN 202221392U)，其刀座固定座设计好后便无法更改，只能在预定位置内调节，调节范围小，且刀具间隔角度较大。其余的回转滚压试验台则大多受制于设备尺寸以及滚刀较大的载荷，滚刀的位置通常固定于一处，或通过改变刀座在刀盘上的安装孔位，在几处不同的位置安装，其换刀过程繁琐，如天津大学的一种滚刀径向位置可调的TBM刀盘(公开号CN 109973108A)；
此外采用缩比滚刀的试验台也有研究，但都是针对滚刀的磨蚀试验，并未用于刀具间耦合作用以及刀间距的研究，因此也未采取多刀布置，且刀具无法发生偏转，无法模拟真实刀具在切割时受到的侧向力，只能进行单刀试验，如中铁隧道集团有限公司的滚刀复合磨蚀实验仪(公开号CN 105181503B)。
发明内容
针对现有技术中的试验台在线切割试验或回转滚压试验中无法研究刀具布置规律、多刀耦合作用以及刀间距参数对破岩机理的影响问题，本发明提供一种TBM试验台的缩比滚刀位置调节装置以及方法，其目的在于：提供一种调整装置以及使用方法，更真实的模拟盾构机实际工况、能够实现多把滚刀的安装、并能够调节刀间距、模拟多刀耦合作用，从而系统地研究刀具布局，刀间距等参数对破岩效率的影响，并且同时适用于线性滚压试验和回转滚压试验。
本发明采用的技术方案如下：
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
一种TBM试验台的缩比滚刀位置调节装置，包括：底板，所述底板上设置有数条均匀分布的T型槽，所述相邻的T型槽之间设置有滑轨，所述每一滑轨上设置有数个刀具固定座，所述刀具固定座上设置有缩比滚刀，所述刀具固定座与所述滑轨之间设置有中间板，所述刀具固定座上设置有数个沿圆周方向均匀分布的圆弧槽口，所述中间板上设置有与所述圆弧槽口配合的第一通孔，所述中间板上还设置有数个第二通孔，所述第二通孔均匀分布在所述中间板的两侧边缘，所述第二通孔与所述T型槽之间通过短T型螺栓连接，所述短T型螺栓的头部设置在所述T型槽内。
本发明在刀具固定座上设置缩比滚刀，在不同的滑轨上设置刀具固定座可以实现刀具固定座的竖向调节，通过短T型螺栓和T型槽可以使中间板在滑轨上进行横向滑动，从而带动设置在中间板上的刀具固定座进行横向滑动，通过调节圆弧槽口与第一通孔配合的角度，从而改变缩比滚刀的偏转角度，由此本发明可以在底板上设置不同安装半径的缩比滚刀，可通过缩比滚刀偏转角的调整同时适用线性滚压试验和回转滚压试验，且本发明可布置多把缩比滚刀，刀与刀之间的间距可以实现无级调节，使得本发明可探究多刀耦合作用、刀间距、刀具布局以及刀具偏转角度等对破岩效率及磨损情况的影响；当缩比滚刀在做线性滚压试验时，本发明可以通过调节圆弧槽口和第一通孔配合的角度改变刀具的偏转角度，在一定程度上模拟真实刀具做圆周运动受到的侧向力，探究偏转角度对刀具磨损机理的影响；当缩比滚刀在做回转滚压试验时，本发明可以通过调节圆弧槽口和第一通孔配合的角度改变缩比滚刀的偏转角度，使得缩比滚刀的安装半径(旋转半径)方向垂直于缩比滚刀的切线方向即缩比滚刀的轴向方向和缩比滚刀的旋转半径方向共线，从而可以减少滚刀在旋转运动时受到的多余侧向力，探究偏转角度对刀具磨损机理的影响。
优选的，所述第一通孔包括四个第三通孔和四个螺纹孔，所述第三通孔与所述T型槽之间通过长T型螺栓连接，所述长T型螺栓的头部设置在所述T型槽内，所述长T型螺栓具有螺纹的一端依次穿过T型槽、第三通孔、圆弧槽口连接有第一螺帽，所述螺纹孔与所述圆弧槽口之间通过短螺栓连接。采用该优选的方案，设置长T型螺栓连接T型槽、中间板和刀具固定座增加本发明的连接强度，使其结构更稳定，四个长T型螺栓和四个螺纹孔分别与圆弧槽口配合，可以实现刀具的偏转角度调节，四个长T型螺栓先与短螺栓连接可以起到预定位的效果。
优选的，所述相邻的滑轨之间的间距大于所述刀具固定座的直径。采用该优选的方案，防止相邻滑轨上的两刀具之间发生干涉。
优选的，所述每一圆弧槽口的弧度为10度。采用该优选的方案，通过改变圆弧槽口与第一通孔之间配合的角度，实现刀具偏角的调节，实现刀具偏角在10度范围内的无级调节。
一种TBM试验台的缩比滚刀位置调节装置的方法，包括以下步骤：
步骤一：将底座安装在试验台的相应位置，根据试验需求，选择缩比滚刀数量，使用计量秤测量缩比滚刀的重量，在不同的滑轨上设置缩比滚刀，确定缩比滚刀在滑轨上的位置，将短T型螺栓的头部设置在T型槽中，将中间板安装在滑轨上，短T型螺栓穿过中间板的第二通孔并拧紧螺帽；
步骤二：确定缩比滚刀的偏转角度，将缩比滚刀固定座安装在中间板上，根据试验需求，确定圆弧槽口与第一通孔配合的位置和角度，并通过螺栓连接，确定安装无误后，分别进行线切割试验或回转滚压试验；
步骤三：使用三向力传感器等测量缩比滚刀分别做线切割试验和回转滚压试验受到的轴向力、径向力和滚动阻力；
步骤四：取下缩比滚刀，使用计量秤测量缩比滚刀的重量；
步骤五：试验完成后，根据试验需求，调整缩比滚刀的数量，重复步骤一可以增加缩比滚刀的数量或拧松螺帽取下短T型螺栓和中间板，可以减少缩比滚刀的数量；
步骤六：拧松螺帽，调整中间板在滑轨上的位置后拧紧螺帽，拧松圆弧槽口与第一通孔之间的螺栓，调整缩比滚刀的偏转角度后拧紧螺栓，确定安装无误后，再次进行线切割试验和回转滚压试验；
步骤七：重复步骤三到步骤六，多次试验；
步骤八：分析不同偏转角度下、不同刀间距和多刀耦合作用下缩比滚刀分别受到的轴向力、径向力、滚动阻力和缩比滚刀实验前后重量的变化，得到不同偏转角度下、不同刀具距和多刀耦合作用下对缩比滚刀受到的轴向力、径向力、滚刀阻力和缩比滚刀磨损的影响。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明在刀具固定座上设置缩比滚刀，在不同的滑轨上设置刀具固定座可以实现刀具固定座的竖向调节，通过短T型螺栓和T型槽可以使中间板在滑轨上进行横向滑动，从而带动设置在中间板上的刀具固定座进行横向滑动，通过调节圆弧槽口与第一通孔配合的角度，从而改变缩比滚刀的偏转角度，由此本发明可以在底板上设置不同安装半径的缩比滚刀，可通过缩比滚刀偏转角的调整同时适用线性滚压试验和回转滚压试验，且本发明可布置多把缩比滚刀，刀与刀之间的间距可以实现无级调节，使得本发明可探究多刀耦合作用、刀间距、刀具布局以及刀具偏转角度等对破岩效率及磨损情况的影响；当缩比滚刀在做线性滚压试验时，本发明可以通过调节圆弧槽口和第一通孔配合的角度改变刀具的偏转角度，在一定程度上模拟真实刀具做圆周运动受到的侧向力，探究偏转角度对刀具磨损机理的影响；当缩比滚刀在做回转滚压试验时，本发明可以通过调节圆弧槽口和第一通孔配合的角度改变缩比滚刀的偏转角度，使得缩比滚刀的安装半径(旋转半径)方向垂直于缩比滚刀的切线方向即缩比滚刀的轴向方向和缩比滚刀的旋转半径方向共线，从而可以减少滚刀在旋转运动时受到的多余侧向力，探究偏转角度对刀具磨损机理的影响。
2.本发明设置长T型螺栓连接T型槽、中间板和刀具固定座增加本发明的连接强度，使其结构更稳定，四个长T型螺栓和四个螺纹孔分别与圆弧槽口配合，可以实现刀具的偏转角度调节，四个长T型螺栓先与短螺栓连接可以起到预定位的效果。
3.相邻的滑轨之间的间距大于所述刀具固定座的直径，防止相邻滑轨上的两刀具之间发生干涉；通过改变圆弧槽口与第二通孔之间配合的角度，实现刀具偏角的调节，实现刀具偏角在10度范围内的无级调节。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是：本发明的一种具体实施方式的示意图。
图2是：本发明的一种具体实施方式的立体示意图。
图3是：本发明的一种具体实施方式的爆炸示意图。
图4是：本发明的中间板的一种具体实施方式的示意图。
图5是：本发明的刀具固定座的一种具体实施方式的示意图。
附图标记：1-底板；2-T型槽；3-滑轨；4-刀具固定座；5-中间板；6-圆弧槽口；7-第三通孔；8-第二通孔；9-短T型螺栓；10-螺纹孔；11-长T型螺栓；12-第一螺帽；13-短螺栓；14-缩比滚刀。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1-5对本发明作详细说明。
一种TBM试验台的缩比滚刀位置调节装置，包括：底板1，所述底板1上设置有数条均匀分布的T型槽2，所述相邻的T型槽2之间设置有滑轨3，所述每一滑轨3上设置有数个刀具固定座4，所述刀具固定座4上设置有缩比滚刀14，所述刀具固定座4与所述滑轨3之间设置有中间板5，所述刀具固定座4上设置有数个沿圆周方向均匀分布的圆弧槽口6，所述中间板5上设置有与所述圆弧槽口6配合的第一通孔，所述中间板5上还设置有数个第二通孔8，所述第二通孔8均匀分布在所述中间板5的两侧边缘，所述第二通孔8与所述T型槽2之间通过短T型螺栓9连接，所述短T型螺栓9的头部设置在所述T型槽2内。
在上述方案中，如图1所示，在底板1上设置多条均匀分布的滑轨3，每一滑轨3之间设置有T型槽2，T型槽2的槽口与短T型螺栓9的头部相互配合，短T型螺栓9的头部可以在T型槽2中滑动，中间板5的两侧边缘设置有第二通孔8，将中间板5放在滑轨3上，中间板5的中部位置设置在滑轨3上，中间板5的两侧边缘悬空于滑轨3两侧的T型槽2上方，每一T型槽2中的短T型螺栓9具有螺纹的一端依次穿过T型槽2、中间板5与螺帽连接，拧紧螺帽利用拧紧后产生的摩擦力可将中间板5固定在滑轨3上，当需要调节中间板5在滑轨3上的位置时，拧松短T型螺栓9的螺帽，使得中间板5可在滑轨上3滑动，在中间板5的两侧边缘分别设置两个第二通孔8，共计四个第二通孔8；中间板5的中心位置设置有八个沿圆周方向的第一通孔，第一通孔与刀具固定座4上的圆弧槽口6配合，刀具固定座4与中间板5的连接通过圆弧槽口6和第一通孔的相互配合连接，并在配合的两孔中插入螺栓固定，调节圆弧槽口6与第一通孔配合的位置可以实现刀具固定座4与中间板5之间的角度调节，刀具固定座4上设置有缩比滚刀14，即可以实现缩比滚刀14的角度调节；底板1与试验台的连接通过底板1上设置的其余通孔实现。
在另一实施例中，所述第一通孔包括四个第三通孔7和四个螺纹孔10，所述第三通孔7与所述T型槽2之间通过长T型螺栓11连接，所述长T型螺栓11的头部设置在所述T型槽2内，所述长T型螺栓11具有螺纹的一端依次穿过T型槽2、第三通孔7、圆弧槽口6连接有第一螺帽12，所述螺纹孔10与所述圆弧槽口6之间通过短螺栓13连接。采用该优选的方案，刀具固定座4上的八个第一通孔包括四个第三通孔7和四个螺纹孔10，四个第三通孔7的作用可以用来连接底板1、中间板5和刀具固定座4，四个螺纹孔10用于连接中间板5和刀具固定座4，四个第三通孔7与底板1的连接方式同第二通孔8与T型槽2的连接方式相同，长T型螺栓11的头部与T型槽2的槽口相互配合，长T型螺栓11的头部可以在T型槽2中滑动，长T型螺栓11的具有螺纹的一端依次穿过T型槽2、中间板5、刀具固定座4与第二螺帽12固定连接，四个螺纹孔中可以旋入短螺栓13用于连接刀具固定座4和中间板5。
在另一实施例中，所述相邻的滑轨3之间的间距大于所述刀具固定座4的直径。采用该优选的方案，使得刀具固定座4在滑轨3上调节时，不会与相邻滑轨3上的刀具固定座4发生干涉；刀具固定座4的底部为圆形座，中间板5为方形座，如图2所示，刀具固定座4内切于中间板5中，这样使得刀具固定座4的直径等于中间板5的宽度，该宽度方向为相邻滑轨3之间的间距方向，这样中间板5带动刀具固定座4滑动时，相邻的滑轨3上的中间板5也不会发生干涉。
在另一实施例中，所述每一圆弧槽口6的弧度为10度。采用该优选的方案，选择圆弧槽口6的弧度为10度，可以使得第一通孔与圆弧槽口6之间的角度可调节范围在-5到5度之间，若选择更大的圆弧槽6口的弧度，相邻的圆弧槽口6之间的部位的强度将会减少，因此优选圆弧槽口6的弧度为10度。
一种应用TBM试验台的缩比滚刀位置调节装置的调节方法，包括以下步骤：
步骤一：将底座安装在试验台的相应位置，根据试验需求，选择缩比滚刀数量，使用计量秤测量缩比滚刀的重量，在不同的滑轨上设置缩比滚刀，确定缩比滚刀在滑轨上的位置，将短T型螺栓的头部设置在T型槽中，将中间板安装在滑轨上，短T型螺栓穿过中间板的第二通孔并拧紧螺帽；
步骤二：确定缩比滚刀的偏转角度，将缩比滚刀固定座安装在中间板上，根据试验需求，确定圆弧槽口与第一通孔配合的位置和角度，并通过螺栓连接，确定安装无误后，分别进行线切割试验或回转滚压试验；
步骤三：使用三向力传感器等测量缩比滚刀分别做线切割试验和回转滚压试验受到的轴向力、径向力和滚动阻力；
步骤四：取下缩比滚刀，使用计量秤测量缩比滚刀的重量；
步骤五：试验完成后，根据试验需求，调整缩比滚刀的数量，重复步骤一可以增加缩比滚刀的数量或拧松螺帽取下短T型螺栓和中间板，可以减少缩比滚刀的数量；
步骤六：拧松螺帽，调整中间板在滑轨上的位置后拧紧螺帽，拧松圆弧槽口与第一通孔之间的螺栓，调整缩比滚刀的偏转角度后拧紧螺栓，确定安装无误后，再次进行线切割试验和回转滚压试验；
步骤七：重复步骤三到步骤六，多次试验；
步骤八：分析不同偏转角度下、不同刀间距和多刀耦合作用下缩比滚刀分别受到的轴向力、径向力、滚动阻力和缩比滚刀实验前后重量的变化，得到不同偏转角度下、不同刀具距和多刀耦合作用下对缩比滚刀受到的轴向力、径向力、滚刀阻力和缩比滚刀磨损的影响。
本发明在使用时，需要在缩比滚刀上连接三向力传感器用于测量滚刀所受到的轴向力、切向力和摩擦力，除了三向力传感器以外本发明还设置了其他的测试装置如工况机、数据采集卡、压力流量速度传感器、高速摄像机等对切削岩样的过程进行测试，这些测试装置以及测试系统为现有技术，这里不再阐述；测量缩比滚刀14试验前后的重量是为了判断缩比滚刀14的试验后的磨损量。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (5)
1.一种TBM试验台的缩比滚刀位置调节装置，其特征在于，包括：底板(1)，所述底板(1)上设置有数条均匀分布的T型槽(2)，所述相邻的T型槽(2)之间设置有滑轨(3)，所述每一滑轨(3)上设置有数个刀具固定座(4)，所述刀具固定座(4)上设置有缩比滚刀(14)，所述刀具固定座(4)与所述滑轨(3)之间设置有中间板(5)，所述刀具固定座(4)上设置有数个沿圆周方向均匀分布的圆弧槽口(6)，所述中间板(5)上设置有与所述圆弧槽口(6)配合的第一通孔，所述中间板(5)上还设置有数个第二通孔(8)，所述第二通孔(8)均匀分布在所述中间板(5)的两侧边缘，所述第二通孔(8)与所述T型槽(2)之间通过短T型螺栓(9)连接，所述短T型螺栓(9)的头部设置在所述T型槽(2)内。
2.根据权利要求1所述的一种TBM试验台的缩比滚刀位置调节装置，其特征在于：所述第一通孔包括四个第三通孔(7)和四个螺纹孔(10)，所述第三通孔(7)与所述T型槽(2)之间通过长T型螺栓(11)连接，所述长T型螺栓(11)的头部设置在所述T型槽(2)内，所述长T型螺栓(11)具有螺纹的一端依次穿过T型槽(2)、第三通孔(7)、圆弧槽口(6)连接有第一螺帽(12)，所述螺纹孔(10)与所述圆弧槽口(6)之间通过短螺栓(13)连接。
3.根据权利要求1所述的一种TBM试验台的缩比滚刀位置调节装置，其特征在于：所述相邻的滑轨(3)之间的间距大于所述刀具固定座(4)的直径。
4.根据权利要求1所述的一种TBM试验台的缩比滚刀位置调节装置，其特征在于：所述每一圆弧槽口(6)的弧度为10度。
5.一种应用权利要求1所述的TBM试验台的缩比滚刀位置调节装置的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将底座安装在试验台的相应位置，根据试验需求，选择缩比滚刀数量，使用计量秤测量缩比滚刀的重量，在不同的滑轨上设置缩比滚刀，确定缩比滚刀在滑轨上的位置，将短T型螺栓的头部设置在T型槽中，将中间板安装在滑轨上，短T型螺栓穿过中间板的第二通孔并拧紧螺帽；
步骤二：确定缩比滚刀的偏转角度，将缩比滚刀固定座安装在中间板上，根据试验需求，确定圆弧槽口与第一通孔配合的位置和角度，并通过螺栓连接，确定安装无误后，分别进行线切割试验或回转滚压试验；
步骤三：使用三向力传感器等测量缩比滚刀分别做线切割试验和回转滚压试验受到的轴向力、径向力和滚动阻力；
步骤四：取下缩比滚刀，使用计量秤测量缩比滚刀的重量；
步骤五：试验完成后，根据试验需求，调整缩比滚刀的数量，重复步骤一可以增加缩比滚刀的数量或拧松螺帽取下短T型螺栓和中间板，可以减少缩比滚刀的数量；
步骤六：拧松螺帽，调整中间板在滑轨上的位置后拧紧螺帽，拧松圆弧槽口与第一通孔之间的螺栓，调整缩比滚刀的偏转角度后拧紧螺栓，确定安装无误后，再次进行线切割试验和回转滚压试验；
步骤七：重复步骤三到步骤六，多次试验；
步骤八：分析不同偏转角度下、不同刀间距和多刀耦合作用下缩比滚刀分别受到的轴向力、径向力、滚动阻力和缩比滚刀实验前后重量的变化，得到不同偏转角度下、不同刀具距和多刀耦合作用下对缩比滚刀受到的轴向力、径向力、滚刀阻力和缩比滚刀磨损的影响。
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