CN117589625B - 一种硬质合金盾构刀强度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合金刀具性能检测技术领域，具体提出了一种硬质合金盾构刀强度检测装置；包括动力旋转机构，所述动力旋转机构包括水平旋转设置的刀座固定圆盘，所述刀座固定圆盘上围绕中心圆周均匀分布装配有多个可调刀座；位于所述刀座固定圆盘轴向一侧设置有沿其轴向进位的水平进位机构，所述水平进位机构的进位移动端固定有测试固定圆盘；所述测试固定圆盘上面向刀座固定圆盘的一侧盘面上可拆卸装配有多个用于固定测试材料的环形基板；本发明提供的装置采用多工位同批检测的方式，减小了随机操作误差，另外通过梯度检测的方式，既可对盾构刀的强度性能是否达到设计要求进行定性，同时也能对盾构刀的实际强度范围做定性了解。

Description

一种硬质合金盾构刀强度检测装置

技术领域

本发明涉及合金刀具性能检测技术领域，具体提出了一种硬质合金盾构刀强度检测装置。

背景技术

硬质合金盾构刀具是用硬质合金材料制成的钻头或切削刀具，用于盾构机械中进行地下隧道或管道的开挖和掘进工作。硬质合金盾构刀具由硬质合金刀片和工具钢基体组成。硬质合金刀片具有高硬度、高耐磨性和优异的切削性能，而工具钢基体具有高韧性和可靠性。硬质合金盾构刀具的类型包括刀盘刀具、刀臂刀具和刮泥板刀具等，这些刀具被设计成不同的形状和结构，以适应不同的地质条件和作业需求。

在本发明中，主要针对具有掘进作用的硬质合金盾构刀进行检测测试，该类硬质合金盾构刀具通过旋转或切削的方式，将土壤或岩石削除或粉碎，使盾构机能够在地下进行通道或管道的开挖。该类盾构刀在实际工作过程中常常面对复杂地质构造进行长时间工作，需要盾构刀具有优良的耐用性和可靠性，对于盾构刀的强度性能提出了很高的要求，因此当盾构刀设计生产成型后，有必要对其强度进行检测。

在现有检测过程中，一般对于盾构刀的强度检测只需进行定性检测，通过检测确定盾构刀是否达到强度设计要求，但在实际检测过程中，一般只针对单个盾构刀进行检测，并且进行多次检测，一方面，单个多次检测提高了随机操作误差，操作重复且麻烦，另一方面，检测后只能定性确定盾构刀是否达到设计强度要求，但并不能对盾构刀的实际强度范围有个定性了解。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种硬质合金盾构刀强度检测装置，用于解决上述背景技术中提到的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：一种硬质合金盾构刀强度检测装置，包括动力旋转机构，所述动力旋转机构包括水平旋转设置的刀座固定圆盘，所述刀座固定圆盘上围绕中心圆周均匀分布装配有多个可调刀座；位于所述刀座固定圆盘轴向一侧设置有沿其轴向进位的水平进位机构，所述水平进位机构的进位移动端固定有测试固定圆盘，所述测试固定圆盘与刀座固定圆盘轴向重合设置；所述测试固定圆盘上面向刀座固定圆盘的一侧盘面上可拆卸装配有多个用于固定不同硬度测试块的环形基板，多个所述环形基板与测试固定圆盘同心设置且半径逐渐增大；所述可调刀座包括可沿所述刀座固定圆盘径向移动调节且用于相对刀座固定圆盘轴向平行安装盾构刀的刀座。

当对盾构刀进行断裂韧性强度检测时，按照测试块硬度由小到大的检测顺序，通过移动调节刀座使得盾构刀对准接触相应环形基板上的测试块，并通过水平进位机构的水平进位移动使得盾构刀与测试块发生旋转铣削完成检测判断。

优选的，所述测试固定圆盘包括固定在水平进位机构水平移动端的圆盘座以及可拆卸固定在圆盘座上的圆环盘；所述圆环盘上相对多个所述环形基板一一对应设置有多个环形嵌槽，所述环形基板嵌入安装在对应设置的环形嵌槽中。

优选的，所述圆环盘上背向刀座固定圆盘的一侧盘面上相对每个所述环形嵌槽均对应设置有至少一个顶杆组件；所述顶杆组件包括水平滑动安装在圆环盘上且可伸向对应环形嵌槽槽内的顶杆，所述顶杆上套设有复位弹簧，所述复位弹簧两端分别固定在顶杆的外轴端以及圆环盘上。

优选的，所述环形基板上背向环形嵌槽的环面上垂直固定有多个沿环向分布的用于插接测试材料的插接销。

优选的，所述刀座固定圆盘上设置有多个用于多个可调刀座一一对应安装的安装窗口；所述可调刀座还包括固定在安装窗口中且沿刀座固定圆盘径向导向设置的导轨，所述导轨上配合滑动安装有滑动基座，所述滑动基座上转动安装有调节螺杆，且所述调节螺杆螺纹连接在刀座固定圆盘上，所述刀座固定在滑动基座上。

优选的，位于所述圆环盘背向刀座固定圆盘的一侧与所有的所述顶杆组件配合设置有配合挡板；当所述水平进位机构带动测试固定圆盘远离刀座固定圆盘移动，且顶杆与配合挡板接触的过程中，所述顶杆可将对应环形嵌槽中的环形基板向外顶出。

优选的，所述圆盘座呈两个同心圆柱构成的阶梯圆柱结构，所述圆环盘套设在圆盘座的小圆柱上且贴紧在大圆柱端面上；所述圆盘座的大圆柱端面上围绕中心圆周分布有多个定位卡块，所述圆环盘卡接在多个所述定位卡块上，所述圆盘座的小圆柱上螺纹配合安装有用于卡紧圆环盘的换向挡圈。

优选的，所述水平进位机构包括支撑架以及水平固定在所述支撑架上的液压缸；所述圆盘座固定在液压缸的输出端，且所述圆盘座上固定有多个与支撑架水平滑动配合的导柱。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：本发明提供了一种硬质合金盾构刀强度检测装置，采用多工位同批检测的方式，减小了随机操作误差，并避免了多次重复操作的麻烦，另外通过梯度检测的方式，既可对盾构刀的强度性能是否达到设计要求进行定性，同时也能对盾构刀的实际强度范围做定性了解，提高了检测的多面性，以及提高了对盾构刀强度性能的更精确的认识，从而更明确所生产的盾构刀可适用的实际地质构造环境。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分，并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明提供的一种硬质合金盾构刀强度检测装置在一个视角下的立体结构示意图。

图2是本发明提供的一种硬质合金盾构刀强度检测装置在另一个视角下的立体结构示意图。

图3是本发明提供的一种硬质合金盾构刀强度检测装置的立体剖视图。

图4是图3中A处的局部放大图。

图5是可调刀座与刀座固定圆盘以及保护罩的装配结构示意图。

图6是测试固定圆盘的立体结构示意图。

图7是拆卸下环形基板后的测试固定圆盘的结构示意图。

图8是测试固定圆盘插接有测试块后的立体剖视图。

图中：1、动力旋转机构；11、旋转电机；12、刀座固定圆盘；121、安装窗口；13、保护罩；2、可调刀座；21、导轨；22、滑动基座；23、调节螺杆；24、刀座；3、水平进位机构；31、支撑架；32、液压缸；4、测试固定圆盘；41、圆盘座；411、定位卡块；412、导柱；42、圆环盘；421、环形嵌槽；43、环形挡圈；44、环形基板；441、插接销；45、顶杆组件；451、顶杆；452、复位弹簧；46、配合挡板；5、测试块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图3、图4和图5所示，一种硬质合金盾构刀强度检测装置，包括动力旋转机构1，动力旋转机构1包括旋转电机11以及固定装配在旋转电机11输出轴上的刀座固定圆盘12，旋转电机11具体固定在机箱中，且机箱中配合安装有用于控制旋转电机11转速的减速机，刀座固定圆盘12在旋转电机11的带动下保持水平转动，刀座固定圆盘12上围绕中心圆周均匀开设有三个矩形的安装窗口121，每个安装窗口121中均对应装配有可调刀座2。另外，为了提高测试时的安全性，位于刀座固定圆盘12的一侧还焊接有圆筒状的保护罩13，盾构刀测试时将在保护罩13内进行。

如图3、图4和图5所示，可调刀座2包括用于相对刀座固定圆盘12轴向平行安装盾构刀的刀座24。可调刀座2还包括焊接在安装窗口121中且沿刀座固定圆盘12径向导向设置的导轨21，导轨21上配合滑动安装有滑动基座22，滑动基座22上转动安装有调节螺杆23，且调节螺杆23螺纹连接在刀座固定圆盘12上，刀座24焊接在滑动基座22上。需要说明的是，刀座24为现有的用于装配盾构刀的安装结构，刀座24可维持盾构刀绕轴旋转的稳定性，另外，位于滑动基座22上还装配有用于带动盾构刀旋转的刀具电机，该刀具电机在附图中未示出。

位于刀座固定圆盘12上装配有三个可调刀座2，因此具备三个安装工位，可同时对三个盾构刀进行检测，所检测盾构刀可在生产后的盾构刀产品中随机选取，在同一批次检测过程中，可将三个选取的盾构刀一一对应装配在三个刀座24上。

如图2、图4、图6、图7和图8所示，位于刀座固定圆盘12轴向一侧设置有沿其轴向进位的水平进位机构3，水平进位机构3包括支撑架31以及水平焊接在支撑架31上的液压缸32；液压缸32的输出端固定有测试固定圆盘4，测试固定圆盘4与刀座固定圆盘12轴向重合设置；测试固定圆盘4包括焊接在液压缸32输出端的圆盘座41以及可拆卸固定在圆盘座41上的圆环盘42；圆盘座41上焊接有四个与支撑架31水平滑动配合的导柱412；圆盘座41呈两个同心圆柱构成的阶梯圆柱结构，圆环盘42套设在圆盘座41的小圆柱上且贴紧在大圆柱端面上；圆盘座41的大圆柱端面上围绕中心圆周均匀分布有三个相对垂直焊接的定位卡块411，定位卡块411呈矩形板状，圆环盘42卡接在三个定位卡块411上，圆盘座41的小圆柱上螺纹配合安装有用于卡紧圆环盘42的环形挡圈43。圆环盘42上面向刀座固定圆盘12的盘面上同心设置有三个半径逐渐增大的环形嵌槽421，三个环形嵌槽421中均对应嵌入式安装有环形基板44；环形基板44上背向环形嵌槽421的环面上垂直固定有多个沿环向均匀分布的用于插接测试块5的插接销441。

在本实施例中，测试材料为如图8所示的扇环块状的测试块5，且通过插接销441插接在环形基板44上，测试块5可用合金金属根据所需尺寸进行定制加工成型，插接在同一环形基板44上的测试块5的合金材料相同，即硬度相同，三个环形基板44上的测试块5随环形基板44的半径的减小而从小到大设置，且每种硬度测试块5的硬度已知；另外，需要说明的是，三种测试块5的硬度大小均位于所检测盾构刀可破碎物料硬度大小的设计范围之内，且硬度最大的测试块5的硬度大小接近最大设计范围的端值。

如图2和图8所示，圆环盘42上背向刀座固定圆盘12的一侧盘面上相对每个环形嵌槽421均对应设置有两个顶杆组件45，且两个顶杆组件45水平对称分布在圆环盘42中心两侧；顶杆组件45包括水平滑动安装在圆环盘42上且可伸向对应环形嵌槽421槽内的顶杆451，顶杆451上套设有复位弹簧452，复位弹簧452两端分别焊接在顶杆451的外轴端以及圆环盘42上。位于圆环盘42背向刀座固定圆盘12的一侧与顶杆组件45配合设置有两个配合挡板46，配合挡板46水平对称分布在圆环盘42中心两侧，且配合挡板46与同侧的三个顶杆组件45对应设置；完成每次检测后，均需将测试块5卸下换新，此时，可通过水平进位机构3带动测试固定圆盘4远离刀座固定圆盘12移动，在顶杆451与配合挡板46接触的过程中，顶杆451被动伸向相应位置的环形嵌槽421中，从而通过两个顶杆451的配合将对应环形嵌槽421中的环形基板44向外顶出，使得卡接在环形基板44上的废弃测试块5随其带出。

在本实施例中，对盾构刀进行强度性能检测可具体分为耐磨性能检测和断裂韧性检测，耐磨性能检测用于检测合金金属盾构刀的耐磨性，而断裂韧性检测用于检测合金金属盾构刀的韧性和抗断裂性能。具体检测时，可见如下所述：进行耐磨性能检测时，只需要检测盾构刀针对最大硬度测试块5接触时的磨损状态即可，具体的，首先将三个随机挑选的盾构刀一一对应装配到三个刀座24上，随后将若干最大硬度的测试块5插接在最小直径的环形基板44上，接着对三个刀座24进行径向位置调节，通过转动调节螺杆23带动刀座24随着滑动基座22顺着导轨21移动，继而将三个盾构刀对准在最小环形基板44的环形面前方，接着，通过液压缸32带动测试固定圆盘4向着刀座固定圆盘12的方向靠近移动，使得三个盾构刀前端均压紧接触在测试块5端面上，最后启动每个刀座24上的刀具电机带动盾构刀自转，并启动旋转电机11带动每个盾构刀随着刀座固定圆盘12公转，继而使得盾构刀前端与测试块5之间产生磨削接触，在一定检测时间后，观察每个盾构刀前端的磨损情况。

进行断裂韧性测试时，需要针对三组不同硬度的测试块5进行梯度检测，具体的，首先将三个随机挑选的盾构刀一一对应装配到三个刀座24上，并将三组不同硬度的测试块5一一对应插接在三个环形基板44上，首先检测三个盾构刀针对最小硬度的测试块5时的检测情况，通过径向调节使得三个盾构刀对准在最大环形基板44的环形面前方，然后通过水平进位机构3的移动，使得三个盾构刀均与测试块5端面产生接触，随后在盾构刀进行自转以及公转的情况下进行检测，在转动过程中，通过液压缸32匀速带动测试块5随着测试固定圆盘4向着刀座固定圆盘12的方向进给，并进给到小于测试块5厚度内的一定进给量时停止，在进给过程中，若任一盾构刀发生断裂异响，随即停止进给运动，说明该盾构刀无法通过该硬度测试块5的检测，即无法针对硬度大于该测试块5的地质构造层进行可靠施工，无需再针对更大硬度的测试块5进行检测；若在给定进给量下，三个盾构刀均能旋转切削测试块5且无一发生断裂，则可通过检测。

在通过最小硬度测试块5检测的基础上，可重复针对最小硬度的测试块5的检测过程对中间硬度大小的测试块5进行检测，同样的，若在针对中间硬度的测试块5进行检测的过程中，任一盾构刀发生断裂，则说明该盾构刀无法针对硬度大于中间硬度测试块5的地质构造层进行可靠施工，且因为前序通过了最小硬度测试块5的检测，则说明该盾构刀的实际抗断裂强度性能大致位于可抵抗最小硬度测试块5与中间硬度测试块5之间的范围之内；若无一发生断裂，则说明可通过检测。

在通过中间硬度测试块5检测的基础上，可重复针对最小硬度的测试块5的检测过程对最大硬度测试块5进行检测，同样的，若在针对最大硬度的测试块5进行检测的过程中，任一盾构刀发生断裂，则说明该盾构刀无法针对硬度大于最大硬度测试块5的地质构造层进行可靠施工，且因为前序通过了中间硬度测试块5的检测，则说明该盾构刀的实际抗断裂强度性能大致位于可抵抗中间硬度测试块5与最大硬度测试块5之间的范围之内；若无一发生断裂，又因为最大硬度测试块5的硬度接近设计范围端值，则说明该盾构刀基本满足设计强度要求，具有很强的韧性以及可靠的抗断裂性能。

本发明提供的一种硬质合金盾构刀强度检测装置，采用多工位同批检测的方式，减小了随机操作误差，并避免了多次重复操作的麻烦，另外通过梯度检测的方式，既可对盾构刀的强度性能是否达到设计要求进行定性，同时也能对盾构刀的实际强度范围做定性了解，提高了检测的多面性，以及提高了对盾构刀强度性能的更精确的认识，从而更明确所生产的盾构刀可适用的实际地质构造环境。

需要补充的是，盾构刀在完成断裂韧性检测后，对于通过检测没有发生断裂的盾构刀同样可以观察其磨损状态，以检测其耐磨性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种硬质合金盾构刀强度检测装置，其特征在于：包括动力旋转机构（1），所述动力旋转机构（1）包括水平旋转设置的刀座固定圆盘（12），所述刀座固定圆盘（12）上围绕中心圆周均匀分布装配有多个可调刀座（2）；位于所述刀座固定圆盘（12）轴向一侧设置有沿其轴向进位的水平进位机构（3），所述水平进位机构（3）的进位移动端固定有测试固定圆盘（4），所述测试固定圆盘（4）与刀座固定圆盘（12）轴向重合设置；所述测试固定圆盘（4）上面向刀座固定圆盘（12）的一侧盘面上可拆卸装配有多个用于固定不同硬度测试块的环形基板（44），多个所述环形基板（44）与测试固定圆盘（4）同心设置且半径逐渐增大；

所述可调刀座（2）包括可沿所述刀座固定圆盘（12）径向移动调节且用于相对刀座固定圆盘（12）轴向平行安装盾构刀的刀座（24）；

所述测试固定圆盘（4）包括固定在水平进位机构（3）水平移动端的圆盘座（41）以及可拆卸固定在圆盘座（41）上的圆环盘（42）；所述圆环盘（42）上相对多个所述环形基板（44）一一对应设置有多个环形嵌槽（421），所述环形基板（44）嵌入安装在对应设置的环形嵌槽（421）中；

所述刀座固定圆盘（12）上设置有多个用于多个可调刀座（2）一一对应安装的安装窗口（121）；所述可调刀座（2）还包括固定在安装窗口（121）中且沿刀座固定圆盘（12）径向导向设置的导轨（21），所述导轨（21）上配合滑动安装有滑动基座（22），所述滑动基座（22）上转动安装有调节螺杆（23），且所述调节螺杆（23）螺纹连接在刀座固定圆盘（12）上，所述刀座（24）固定在滑动基座（22）上；

所述水平进位机构（3）包括支撑架（31）以及水平固定在所述支撑架（31）上的液压缸（32）；所述圆盘座（41）固定在液压缸（32）的输出端，且所述圆盘座（41）上固定有多个与支撑架（31）水平滑动配合的导柱（412）；

当对盾构刀进行断裂韧性强度检测时，按照测试块硬度由小到大的检测顺序，通过移动调节刀座（24）使得盾构刀对准接触相应环形基板（44）上的测试块，并通过水平进位机构（3）的水平进位移动使得盾构刀与测试块发生旋转铣削完成检测判断。

2.根据权利要求1中所述的一种硬质合金盾构刀强度检测装置，其特征在于：所述圆环盘（42）上背向刀座固定圆盘（12）的一侧盘面上相对每个所述环形嵌槽（421）均对应设置有至少一个顶杆组件（45）；所述顶杆组件（45）包括水平滑动安装在圆环盘（42）上且伸向对应环形嵌槽（421）槽内的顶杆（451），所述顶杆（451）上套设有复位弹簧（452），所述复位弹簧（452）两端分别固定在顶杆（451）的外轴端以及圆环盘（42）上。

3.根据权利要求1所述的一种硬质合金盾构刀强度检测装置，其特征在于：所述环形基板（44）上背向环形嵌槽（421）的环面上垂直固定有多个沿环向分布的用于插接测试材料的插接销（441）。

4.根据权利要求2所述的一种硬质合金盾构刀强度检测装置，其特征在于：位于所述圆环盘（42）背向刀座固定圆盘（12）的一侧与所有的所述顶杆组件（45）配合设置有配合挡板（46）；当所述水平进位机构（3）带动测试固定圆盘（4）远离刀座固定圆盘（12）移动，且顶杆（451）与配合挡板（46）接触的过程中，所述顶杆（451）可将对应环形嵌槽（421）中的环形基板（44）向外顶出。

5.根据权利要求1所述的一种硬质合金盾构刀强度检测装置，其特征在于：所述圆盘座（41）呈两个同心圆柱构成的阶梯圆柱结构，所述圆环盘（42）套设在圆盘座（41）的小圆柱上且贴紧在大圆柱端面上；所述圆盘座（41）的大圆柱端面上围绕中心圆周分布有多个定位卡块（411），所述圆环盘（42）卡接在多个所述定位卡块（411）上，所述圆盘座（41）的小圆柱上螺纹配合安装有用于卡紧圆环盘（42）的环形挡圈（43）。