CN111636886A - 一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于破岩实验平台的模块化射流‑机械联合破岩刀具，解决的技术问题是目前射流与滚刀耦合作用机理及最优破岩组合不明的难题，包括刀座、第一刀座垫板、第二刀座垫板、滚刀刀具模块和射流刀具模块，刀座上设置有滚刀刀具模块和射流刀具模块，且所述射流刀具模块与滚刀刀具模块的相对位置可调；刀座下端可活动设置有第一刀座垫板和/或第二刀座垫板，所述第一刀座垫板的上表面和下表面之间具有夹角，所述第二刀座垫板的上表面和下表面之间水平，通过若干第一刀座垫板和/或第二刀座垫板的拼接配合，调整联合刀具的倾斜度和高度，以模拟刀盘上设定位置的滚刀，最终解决射流与滚刀耦合作用的难题。

Description

一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具

技术领域

本公开属于地下工程掘进领域，具体涉及一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前，在隧道修建当中，TBM施工技术与传统钻爆法相比其具有安全、经济、高效等优点而被广泛应用于隧道工程。但是在遇到高围压大埋深的极硬岩时，其掘进效率会大大降低，具体表现为滚刀刀圈断裂、滚刀贯入度降低、刀具磨损加剧、刀盘开裂等问题，这些问题严重影响了施工进度增加了掘进成本。

针对现有TBM刀具在不良地质条件下破岩能力不足的问题，国内外领域专家，提出了射流辅助机械破岩的手段，用于提高掘进机的掘进效率。且近年来，出现了多种射流破岩方式如水射流技术、脉冲水射流、磨料水射流、液氮射流、临界二氧化碳射流等技术，为新型刀具的研发提供了基础。

但是据发明人了解，射流耦合机械破岩的机理及最佳耦合方式并未明确，而要确定上述因素的话，需要研究射流机械之间的组合方式、射流刀具数量及位置等众多参数，且受到现有试验装置的制约很难同时对所有滚刀(中心滚刀、正滚刀、边滚刀)与射流耦合工况进行全面研究，严重制约了射流-辅助机械破岩技术的进步。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，本公开能够同时对各个位置的滚刀，例如中心滚刀、边滚刀等，且能够研究射流机械之间的组合方式、射流刀具数量及位置，以确定机械破岩以及耦合破岩的最佳方式，进而解决TBM施工过程遭遇硬岩环境出现的刀圈断裂、刀圈偏磨等问题。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，包括刀座、第一刀座垫板、第二刀座垫板、滚刀刀具模块和射流刀具模块，其中：

所述刀座上设置有滚刀刀具模块和射流刀具模块，且所述射流刀具模块与滚刀刀具模块的相对位置可调；

所述刀座下端可活动设置有第一刀座垫板和/或第二刀座垫板，所述第一刀座垫板的上表面和下表面之间具有夹角，所述第二刀座垫板的上表面和下表面之间水平，通过若干第一刀座垫板和/或第二刀座垫板的拼接配合，调整联合刀具的倾斜度和高度，以模拟刀盘上指定位置的滚刀。

指定位置包括但不限于刀盘的各位置，只要是刀盘的目标位置即可，包括了各中心滚刀、正滚刀和边滚刀的各位置。

上述方案中，刀座与刀座垫板之间可拆卸连接，当研究刀盘中心滚刀、正滚刀与射流刀具联合/单独破岩时，仅使用第二刀座垫板拼接调整联合刀具的高度即可，当研究边滚刀与射流刀具联合/单独破岩时，可以使用带有倾角的第一刀座垫板调整联合刀具的倾角模拟任意倾角联合/单独破岩工况。

且刀座、刀座垫板、滚刀刀具模块和射流刀具模块均为模块化，均可以实现彼此独立拆卸及组合，可以实现快速维修更换刀具，降低试验难度增加试验工况。

作为可选择的实施方式，所述刀座上设置有滑轨，滑轨上可活动连接有滑块，所述滑块上设置射流刀具模块，通过滑轨和滑块配合，实现所述射流刀具模块与滚刀刀具模块的相对位置可调。

作为进一步的限定，所述滑轨为可拆卸滑轨，且滑轨上设置有刻度。

拆卸掉滑轨可以简化机械破岩试验难度。

作为可选择的实施方式，所述射流刀具模块包括设置于滑块上的可调节支架，所述可调节支架上可转动设置有机械臂，机械臂上设置有射流喷嘴，所述射流喷嘴能够与和射流液体供给机构相连的软管连接。

作为进一步的限定，所述可调节支架包括带有圆杆的第一连杆与带有圆孔的第二连杆，第二连杆的另一端与所述滑块连接，所述可调节支架与刀架平行，第一连杆和第二连杆通过圆杆和圆孔连接并设有锁紧螺丝，实现所述第一连杆和第二连杆之间高度可调以及角度可调，所述射流机械臂与第一连杆相连，通过调节射流机械臂和可调节支架的姿态，调节喷嘴与喷射目标的距离及方位。

通过调整滑块在滑轨上的位置，调整射流刀具模块与滚刀刀具模块的相对位置，通过调节可调节支架的伸缩长度，调整射流刀具模块的作业靶距，通过调节机械臂与可调节支架、射流喷嘴的夹角，调整射流刀具模块的射流靶距、夹角及方位角，实现最佳破岩作用效果。

作为可选择的实施方式，所述刀具还包括传感器组，所述传感器组包括测距传感器、三向力传感器和压力监测传感器，所述测距传感器设置于刀架，用于监测滚刀距离目标物体的距离，三向力传感器置于刀架底部，用于监测破碎目标物体过程中破岩刀具的受力，压力传感器置于射流喷嘴与射流液体供给机构之间，用于监测射流输出压力值。

作为可选择的实施方式，所述刀具还包括保护罩，所述保护罩套设在刀座上，其上设置有射流喷出孔和滚刀孔，位置分别与射流刀具模块和滚刀刀具模块相对应，在正常破岩的同时，防止破岩过程中岩渣与高速液体对传感器及射流刀具的破坏，提高监测数据的准确性及射流刀具的寿命。

作为进一步的限定，所述保护罩还设置有测量孔，所述测量孔与测距传感器的设置位置相匹配，以保证测距传感器实时测量联合刀具与掌子面的距离。

作为可选择的实施方式，所述第一刀座垫板、第二刀座垫板上均设置有贯穿的螺孔。

上述的一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，包括以下步骤：

根据目标刀具位置，调整第一刀座垫板、第二刀座垫板的个数与配合方式，以和目标刀具适配，调整射流刀具模块与滚刀刀具模块的相对位置，调整射流刀具模块的作业靶距，调整射流刀具模块的射流靶距、倾角及方位，进行不同的测试，以确定形成的机械破岩或射流破岩作用力或耦合作用力为最佳。

测试过程包括：

将所述射流-机械联合刀具的水射流关闭，仅利用滚刀进行机械破岩测试；

将所述射流-机械联合刀具的滚刀摘除，仅利用水射流进行射流破岩测试；

开启射流-机械联合刀具的水射流，配合机械刀具进行机械-射流联合破岩测试。

确定最佳耦合方式时，有如下组合测试类型：

射流-机械共同破岩：该方法的特点是水射流在岩面上作用点与滚刀作用点距离非常近，在岩石中形成明显的应力耦合区，对破岩影响显著；测试中，水射流与机械刀具着力点接近或重合，达到共同破岩目的；

射流-机械逐次破岩：该方法的特点是射流在岩面上作用点与滚刀作用点距离较远，应力耦合作用对破岩影响可以忽略；测试中，水射流在岩面上先形成损伤区，比如切割裂缝、冲击坑等，再由机械刀具进行切割破岩。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开采用的射流与滚刀用于联合破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具在降低了滚刀破岩力的同时，提高了破岩效率，为硬岩及极硬岩隧道的掘进提供了一种高效破岩刀具。

本公开将两种切割方式以模块化方式组合于一体，既可以单独使用，也可以组合使用，同时，利用模块化的设计，当有某个破岩模块损坏时，单独更换即可，整个刀盘上某个破岩刀具损坏了，更换该刀具即可，便于快速更换及维修。

本公开通过拼接垫板的方式改变联合刀具的高度与倾角，模拟刀盘不同部位的滚刀与水射流的耦合效果，当模拟刀盘中心滚刀与正滚刀时，通过拼接不同厚度的调高垫板调整联合刀具距离岩面的距离；当模拟边滚刀时，通过拼接不同角度的垫板调整联合刀具的倾角，扩大了科学研究的范围。

本公开通过调节可调节支架在滑轨上的位置、调节喷嘴机械臂与射流喷嘴的相对角度、调节射流支架与喷嘴机械臂的相对角度，实现同一个射流-机械联合刀具上射流刀具与机械刀具的相对位置、射流靶距的调整；通过改变射流刀具的数量，实现多种工况条件的破岩测试，寻找两种破岩方式的最优组合。试验获取最优破岩耦合方式后，可将获得最优参数组合应用到工程掘进刀具设计中。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为实施例一的正视图；

图2为实施例一的左视图；

图3为实施例一的射流刀具左视图；

图4为实施例一的调高垫板示意图；

图5为实施例一的调角垫板示意图；

图6为滚刀拆除后射流刀具破岩示意图；

图7为射流-机械联合共同破岩组合示意图；

图8为实施例一联合刀具安全防护罩；

图9为可拆卸滑轨示意图；

图10为实施例三用于联合破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具示意图；

图11为实施例三保护罩示意图。

其中，101射流喷嘴、102射流机械臂、103压力传感器、104高压软管、105上射流支架、106下射流支架、107支架卡槽、108滑轨、1081圆形滑轨固定螺栓孔、109滚刀、110刀架、111刀座、112刀座调高垫板、1121螺栓孔、1122调角刀座垫板、113调节刻度、114三向力传感器、115滚刀锁紧板、116测距传感器、117射流支架、118安全防护罩、1181射流喷出孔、1182滚刀孔、1183激光测距仪孔、1184防护罩固定螺孔、119刀座两侧支架滑轨。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所述的，现有的试验装置/刀具结构很难同时对所有滚刀(中心滚刀、正滚刀、边滚刀)与射流耦合工况进行全面研究，本公开提出了一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，能够实现各个位置的滚刀的研究/模拟，同时实现射流的靶距、喷射角度、机械刀具的刀间距、射流喷嘴与机械刀具的相对位置和数量等参数条件均可以调节，同时联合刀具的倾角可以通过刀座垫板调节，以便开展射流-机械联合破岩理论及技术研究，进行射流-机械联合高效破岩。

实施例一：

如图1所示，一种用于联合破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，包括刀座111、刀座垫板112、滚刀刀具模块、射流刀具模块和检测组件，其中刀座111上设有滑轨108。当然，在本实施例中，滑轨108为圆形，设置在刀座111的外围。在其他实施例中，滑轨108可以是其他形状的。刀座111上装有滚刀刀具模块和射流刀具模块，射流刀具模块固定在圆形滑轨108上。

如图1、2所示，滚刀刀具模块包括滚刀109、滚刀支架110和滚刀锁紧板115，滚刀109通过滚刀锁紧板115固定于滚刀刀架110上，滚刀刀架110与刀座111利用螺栓连接。

射流刀具模块包括从下到上依次设置的下射流支架106、上射流支架105、射流机械臂102以及射流喷嘴101。如图3所示，射流机械臂102的一端与射流喷嘴101相连，两者相对角度可调，另一端与上射流支架105相连，两者相对角度可调。下射流支架106、上射流支架105套接，组成整体高度可调的射流支架117。

射流刀具模块可以从刀座111上拆卸下来，射流刀具模块是通过支架卡槽107可拆卸式卡合在圆形滑轨108上的。当然，支架卡槽107设置在下射流支架106的底部，圆形滑轨108向外凸起。

在其他实施方式，射流刀具模块可以采用其他可拆卸的方式。

例如，下射流支架106设置在滑块上，滑轨为具有一凹槽部的轨道，且所述凹槽部和滑块之间相互配合，可以卡合。

也可以下射流支架106设置在滑块上，滑块嵌入滑轨，且沿滑轨移动，滑块上设置有螺栓，下射流支架106的底部设置有与螺栓相配合的螺纹。

滚刀刀具模块也可以是可拆卸的，滚刀刀具模块的刀架110能够从刀座111上拆卸下来。当然，刀架110和刀座111之间可以是通过螺栓实现可拆卸的。

当然，滚刀刀具模块中的滚刀也可以是单独可拆卸的，例如滚刀通过轴与刀架110可拆卸连接。

滚刀刀具模块、射流刀具模块和刀座均为可拆卸连接，可以实现快速更换维修，减小试验难度，增加试验工况。

刀座111通过螺栓连接刀座调高垫板112与调角刀座垫板1122。如图4、5所示，刀座调高垫板112是一块平板，上下表面水平，通过刀座调高垫板112，可以增加滚刀刀具模块与刀座111的距离，即滚刀刀具模块的突出距离，也可以在刀盘不动的情况下，改变联合破岩刀具与岩石/岩样的距离。

如图5所示，调角刀座垫板1122是一种上下表面具有夹角的垫块形状。在图5中为三角砌块，当然在其他实施例中可以是其他形状，如梯形块。

当然，可以有多个调角刀座垫板1122，且每种调角刀座垫板1122的倾斜角度大小不一样。通过调角刀座垫板1122的作用，改变刀具的倾斜角度，以模拟不同位置的刀具。

刀座调高垫板112与调角刀座垫板1122上均设置有多个通孔/贯穿的螺纹孔。

同时，刀座调高垫板112与调角刀座垫板1122可以一起使用，也可以单独使用，也可以n个刀座调高垫板112与m个调角刀座垫板1122混合使用。在此并不做限定，可以根据具体情况进行调整。

通过改变两种垫板的数量及型号，进而改变用于联合破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具的倾斜角度与高度。

检测组件包括测距传感器116、三向力传感器114和压力传感器103。为方便检测滚刀刀具模块与岩样/岩石的距离，滚刀支架110上设置有测距传感器116，测距传感器116能够监测滚刀距离目标物体的距离进而分析滚刀贯入度，三向力传感器114亦置于滚刀支架110上，三向力传感器114用于监测破碎目标物体过程中一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具的受力，压力传感器103置于射流喷嘴101与能量源之间的高压软管104(附图仅为示意图，图中显示部分长度)上。

当然，滚刀刀具模块和射流刀具模块的外部均可以设置保护板，以防止在破岩过程中刀具损坏。

保护板能够防止射流刀具、检测组件等部分距离岩面的损坏，以及被射流及岩渣灰尘等干扰甚至损坏，降低试验精度。

本实施例的联合破岩刀具可以实现多种破岩方式测试：

(1)将所述射流-机械联合刀具的水射流关闭，仅利用滚刀109进行破岩测试；

(2)将射流-机械联合刀具的滚刀拆除，如图6所示，仅利用水射流进行射流破岩测试；

(3)开启射流-机械联合刀具的水射流，配合机械刀具进行机械-射流联合破岩测试，如图7所示；

进一步地，上述机械-射流联合破岩测试中又可细分为以下测试类型：

其特征在于将机械-射流联合破岩刀具用于探索最佳耦合方式时，有如下组合测试类型：

射流-机械共同破岩：测试中水射流在岩面作用点与滚刀作用点距离非常近，可在岩石中形成明显的应力耦合区，进行该测试时，射流作用点与滚刀作用点连成的直线与滚刀切割路线垂直。

射流-机械逐次破岩：测试中首先由水射流在岩面上形成损伤区，比如切割裂缝、冲击坑等，再由机械刀具进行切割破岩，此测试中，射流通过多自由度调整使射流喷射点位于滚刀作用点的前方，首先在滚刀运行轨迹的正前方或者两侧位置切出岩槽后，滚刀在进行滚压，射流在岩面上作用点与滚刀作用点距离较远，应力耦合作用可忽略。

通过调节射流支架在圆形滑轨上的位置、调节喷嘴机械臂与射流喷嘴的相对角度、调节射流支架与喷嘴机械臂的相对角度，实现同一个射流-机械联合刀具上射流刀具与机械刀具的相对位置、射流靶距的调整；通过改变射流刀具的数量，实现多种工况条件的破岩测试，寻找两种破岩方式的最优组合。试验获取最优破岩耦合方式后，可将获得最优参数组合应用到工程掘进刀具设计中。

实施例二

在本实施例中，射流支架117与滚刀支架110平行，射流支架117包括上射流支架连杆105、下射流支架连杆106，射流机械臂102与上喷嘴支架连杆105装配连接，上射流支架105通过下部圆杆与下射流支架106圆孔连接，并通过锁紧螺丝配合，上射流支架下部圆杆标有调节刻度113，上射流支架通过圆杆在圆孔内上下移动、旋转可以进而调节喷嘴靶距和方位角。

射流喷嘴101可以为纯水连续射流喷嘴、脉冲水射流喷嘴、磨料水射流喷嘴、临界二氧化碳喷嘴、液氮射流喷嘴等，喷嘴的另一端与不同的能量源/供给装置连接。

滚刀支架110上设有三向力传感器114、激光测距传感器116，连接射流喷嘴101的高压软管104上设有压力传感器103。激光测距传感器实时监测射流-机械破岩过程中的贯入度，三向力传感器实时监测滚刀破岩过程中的法向力、滚动力和侧向力数据。

在本实施例中，通过射流支架117的高度可调，射流机械臂102的一端与射流喷嘴101的相对角度可调，射流机械臂102与上射流支架105的相对角度可调，刀座111整体的倾斜角度可调等多方面综合作用，实现射流刀具模块具有多自由度，可以通过圆形滑轨108、可伸缩旋转的射流支架117、射流机械臂102等部件改变喷距、靶距、方位等实现射流与滚刀多种破岩组合从中寻找最优破岩组合。

如图8所示，本实施例还包括安全防护罩118，安全防护罩118具体为圆柱形。当然，在本实施例中，圆柱形是为了和刀座111相配合，在其他实施例中，安全防护罩118完全可以是其他形状，如半球形等。

安全防护罩118包括罩体，罩体上方设置有射流喷出孔1181，在部分实施例中，为了配合射流喷嘴101能够与滚刀的相对位置改变，罩体上方设置的为凹槽或局部为凹槽。

同时，为了保证滚刀工作时正常破岩，在罩体上方设置有滚刀孔1182，当然，滚刀孔1182也可以是开口。

为了保证激光测距传感器116的正常探测，罩体上方的相应位置处还设置有激光测距仪孔1183。

罩体通过位于下部的固定螺孔1184固定于刀座111上，当然，刀座111上设置有相配合的螺孔。水射流通过射流喷出孔1181射向岩石，滚刀通过滚刀孔1182滚压岩石面，激光测距仪通过激光测距仪孔1183指向岩石，实时测量联合刀具与掌子面的距离。

在本实施例中，刀座垫板112上设置有螺栓孔1121，各刀座垫板之间通过固定螺栓1121可拆卸连接，调整刀盘垫板型号及数量可以控制联合刀具的倾角及距离岩面的距离。当研究中心滚刀与正滚刀时，仅使用调高垫板拼接调整联合刀具的高度即可，当研究边滚刀时，可以使用带有倾角的垫板调整联合刀具的倾角模拟任意倾角联合刀具破岩工况。

如图9所示，本实施例中，圆形滑轨108和刀座111之间也是可拆卸的，圆形滑轨108上设置有多个固定螺栓孔1081，通过固定螺栓孔1081与刀座111之间可拆卸连接。

实施例三：

与上述实施例不同的是，本实施例的刀座111是矩形的，如图10、11所示，模块化射流-机械联合刀具包括刀座111，刀座上安装有机械刀具，即滚刀109，刀座111的至少一侧设有(图10中为两侧均有)支架滑轨119，支架滑轨119上安装有射流刀具模块。

射流刀具模块包括射流喷嘴101、射流机械臂102、上射流支架105和下射流支架106，在本实施例中，上射流支架105为圆杆支架，下射流支架106为方杆支架。

射流喷嘴101与射流机械臂102转动调整连接，射流机械臂102与圆杆支架转动调整连接，圆杆支架与方杆支架可转动-可伸缩调整连接。

在本实施例中，射流喷嘴101上开设有圆形通孔，以及与圆形通孔同心的扇形通孔，通过两个通孔，用螺栓将喷嘴固定在所述叉形连接头上，喷嘴的固定角度可根据需要调节。

射流喷嘴101与加压装置连接，且加压装置包括设置在高压泵出水口管路上用来测量水射流的压力与流量的压力传感器和流量传感器、设置在电机转子上用来测量电机转速的速度传感器，以及过载保护开关。

方杆支架的下端设有支架卡槽，与刀座上支架滑轨119滑动连接，支架滑轨的边缘设有定位刻度。

如图10所示，在本实施例中，刀座上支架滑轨119为T字型，能够与方杆支架的下端设有支架卡槽契合。

在部分实施例中，刀座上支架滑轨119是焊接在刀座111上的。

本实施例中仅在一个支架滑轨上安装1个射流刀具。

当然，刀座111侧面的支架滑轨119上可以同时安装多个射流刀具，以测试多个射流刀具模块与机械刀具模块联合动作的作用。

在本实施例中，如图11所示，联合刀具外侧设有矩形保护罩，保护联合刀具及传感器在试验过程中不被破坏。矩形保护罩的上边在射流刀具的对应位置设置有开口槽，在滚刀109的对应位置，设置有开口。

当然，在部分实施例中，刀座111的每个侧面都可以设置有支架滑轨119，支架滑轨119上都可以设置射流刀具，只要矩形保护罩上的开口槽相匹配即可。也可以为了便于生产，提前在保护罩上方，与刀座111各个侧面相匹配的位置处均设置有开口槽。

图11和图8仅为示意图，在不同的实施例中，保护罩的形状并不做限定，可以和刀座相匹配，以节约联合破岩刀具的空间，也可以仅下端形状相匹配，以保证稳固连接，上端只要是罩体即可。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，其特征是：包括刀座、第一刀座垫板、第二刀座垫板、滚刀刀具模块和射流刀具模块，其中：

所述刀座上设置有滚刀刀具模块和射流刀具模块，且所述射流刀具模块与滚刀刀具模块的相对位置可调；

所述刀座下端可活动设置有第一刀座垫板和/或第二刀座垫板，所述第一刀座垫板的上表面和下表面之间具有夹角，所述第二刀座垫板的上表面和下表面之间水平，通过若干第一刀座垫板和/或第二刀座垫板的拼接配合，调整联合刀具的倾斜度和高度，以模拟刀盘上指定位置的滚刀。

2.如权利要求1所述的一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，其特征是：所述刀座上设置有滑轨，滑轨上可活动连接有滑块，所述滑块上设置射流刀具模块，通过滑轨和滑块配合，实现所述射流刀具模块与滚刀刀具模块的相对位置可调。

3.如权利要求2所述的一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，其特征是：所述滑轨为可拆卸滑轨，且滑轨上设置有刻度。

4.如权利要求1所述的一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，其特征是：所述射流刀具模块包括设置于滑块上的可调节支架，所述可调节支架上可转动设置有机械臂，机械臂上设置有射流喷嘴，所述射流喷嘴能够与和射流液体供给机构相连的软管连接。

5.如权利要求4所述的一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，其特征是：所述可调节支架包括带有圆杆的第一连杆与带有圆孔的第二连杆，第二连杆的另一端与所述滑块连接，所述可调节支架与刀架平行，第一连杆和第二连杆通过圆杆和圆孔连接并设有锁紧螺丝，实现所述第一连杆和第二连杆之间高度可调以及角度可调，所述射流机械臂与第一连杆相连，通过调节射流机械臂和可调节支架的姿态，调节喷嘴与喷射目标的距离及方位。

6.如权利要求1所述的一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，其特征是：所述刀具还包括传感器组，所述传感器组包括测距传感器、三向力传感器和压力监测传感器，所述测距传感器设置于刀架，用于监测滚刀距离目标物体的距离，三向力传感器置于刀架底部，用于监测破碎目标物体过程中破岩刀具的受力，压力传感器置于射流喷嘴与射流液体供给机构之间，用于监测射流输出压力值。

7.如权利要求1或6所述的一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，其特征是：所述刀具还包括保护罩，所述保护罩套设在刀座上，其上设置有射流喷出孔和滚刀孔，位置分别与射流刀具模块和滚刀刀具模块相对应，在正常破岩的同时，防止破岩过程中岩渣与高速液体对传感器及射流刀具的破坏，提高监测数据的准确性及射流刀具的寿命。

8.如权利要求7所述的一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，其特征是：所述保护罩还设置有测量孔，所述测量孔与测距传感器的设置位置相匹配，以保证测距传感器实时测量联合刀具与掌子面的距离。

9.如权利要求1所述的一种用于破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具，其特征是：所述第一刀座垫板、第二刀座垫板上均设置有贯穿的螺孔。

10.如权利要求1-9中任一项所述的用于联合破岩实验平台的模块化射流-机械联合破岩刀具的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

根据待试验的刀具位置，调整第一刀座垫板、第二刀座垫板的个数与配合方式，调整射流刀具模块与滚刀刀具模块的相对位置，调整射流刀具模块的作业靶距，调整射流刀具模块的射流靶距、倾角及方位，进行不同的测试，以确定形成的机械破岩或射流破岩作用力或耦合作用力为最佳。

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