乐鱼入口:一种双刀直线式TBM破岩试验台的制作方法

  1.本发明属于隧道破岩试验技术领域，具体涉及一种双刀直线式tbm破岩试验台。

  2.盾构机是一种专门用于地下隧道工程开挖的大型高科技施工设备，在盾构施工全套工艺流程中，刀具磨损研究对于盾构机顺利掘进以及减少成本具备极其重大意义。盾构滚刀及切刀是刀盘破岩的主要刀具，滚刀刀圈属于易损易消耗的部件，破岩时直接作用于开挖面，具有工作环境恶劣、工作荷载不稳定、受荷载冲击大等特点，其耗损和寿命直接影响着掘进的质量、效率和成本。同时，切刀在掘进过程中也会存在相当大的磨损。因此，对滚刀和切刀磨损机理研究尤为重要。

  3.tbm向前推动时先旋转刀盘，待达到预定速度慢慢推进接触岩石，因此在刀盘边缘刀具与岩石初接触时相对速度已达到一个较高值约2000mm/s左右，且会产生巨大的冲击力。

  4.在施工全套工艺流程中，由于安装在刀盘边缘的刀具与岩石接触时间、距离更长，边缘刀具磨损往往更为严重。在盾构/tbm刀具破岩、磨损的试验台研究中有直线式和回转式两种形式。由于盾构刀盘的直径可达6～10m且现在刀盘的大直径化发展，位于其边缘的刀具切割岩石的部分轨迹更近似于直线，因此盾构刀具试验台中的直线式试验台模拟位于刀盘边缘位置的刀具更有优势。

  5.近年来国内各大高校和科研院所加大了对盾构刀具设计、选用的研究投入和力度，其中借助tbm滚刀线切割试验台开展破岩试验研究是选用滚刀和设计tbm刀盘的重要方法和手段。目前已取得的结论为：无论滚刀还是切刀，其主要磨损机理皆为磨粒磨损。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：线性切割试验台皆为立式结构(立式结构会使岩渣无法自动掉落而大大干扰实验效果)，无法模拟出与掘进工况相接近的tbm滚刀破岩过程，且所有试验台最大切削速度不超过100mm/s。换而言之，现有tbm标准线切割试验台无法开展贴近实际工况下的盾构刀具直线.目前美国科罗拉多矿业大学、国内中南大学、北京工业大学、天津大学等高等院校对盾构刀具切削岩石进行了研究。在其研究中使用了线性切割试验台，该试验台为双刀具支座，其中刀具支座沿双向可滑动，便于在不同位置固定，这样即可进行单刀具的线性切割试验，同时也可完成不同时序双刀具破岩的研究，但该装置采用立式结构，没办法实现自动掉渣，岩渣掉落在岩样上会导致刀具的三体磨损，从而改变磨损类型影响实验效果，且由于刀具支座为固定结构，没办法实现刀具轴向的刀间距调节，切削速度较低，刀具与岩石初接触相对速度为0等。南京大学的姚羲和(tbm盘形滚刀线性切割试验中岩石破裂模式研究[d].南京：南京大学岩石力学与工程学院，2014：8.)也在其研究中使用了直线式刀具破岩试验台，但该装置切削速度较低，刀具与岩石初接触相对速度同样为0，仅能模拟单刀直线式滚压破岩过程，无法模拟原岩围压效应以及位于刀盘中心位置刀具的破岩，且只能立式模拟单刀直线]

  综合来看，上述tbm刀具破岩试验台虽能模拟刀具的直线切割破岩、开展刀具磨损实验等，但无法同时做到刀间距的调节、高速切削破岩、待切削岩体表面与真实掌子面竖直平行、自动掉渣等，目前模拟盾构机真实工况的卧式直线式破岩试验台尚不多见。

  针对现存技术中无法同时做到刀间距调节、告诉切削破岩、待切削岩体表面与真实掌子面竖直平行、自动掉渣的问题，本发明提供一种双刀直线式tbm破岩试验台，其目的是：降低滚刀性能评价及破岩效果评价成本，实现了多把刀之间的组合破岩，全方位、多角度采集试验信号及刀具磨损形貌，缩短新型滚刀研制周期。

  一种双刀直线式tbm破岩试验台，包括驱动传动模块，所述驱动传动模块，所述驱动传动模块连接有刀箱模块，所述刀箱模块的一侧设置有支撑模块，另一侧设置有岩箱模块，所述刀箱模块在切削时与所述支撑模块贴合。

  采用上述方案，通过卧式试验结构，可以在一定程度上完成超长距离的告诉破岩试验，在刀箱一侧设置的支撑模块，可提供一定的支反力抵消刀箱模块传递过来的载荷，提高装置的结构强度与稳定性。

  所述驱动传动模块包括数个电机，所述电机连接有减速器，所述减速器连接有斜齿轮，所述斜齿轮的侧部啮合设置有斜齿条，所述斜齿条的外侧设置有轨道。

  所述刀箱模块包括数个刀箱架，所述刀箱架的内部设置有盾构刀具，所述盾构刀具的外部设置有夹具，所述夹具的外部设置有刀具进给平台，所述刀具进给平台的外部套设有刀箱架，所述刀具进给平台的顶部固定设置有竖直移动架，所述竖直移动架的顶部固定设置有顶升液压缸，所述竖直移动架与所述刀箱架之间设置有竖直导轨。

  采用上述方案，可以在一定程度上完成多把刀具之间的组合破岩，全方位、多角度采集试验信号及刀具磨损形貌。

  所述刀箱模块包括动平台，所述动平台设置在所述刀箱模块的底部，所述东平台的底端设置有支撑滚轮，所述支撑滚轮与所述轨道接触。

  所述刀箱模块的顶部设置有数组预紧油缸，所述预紧油缸设置在靠近所述支撑模块的一侧。

  采用上述方案，在完成竖直移动架的高度调节之后，可将垫块放置在竖直移动架与动平台之间，并通过调整数量来进行高度调节，通过上述结构，能够使顶升液压缸卸压后仍保证竖直移动架及其它内部结构在所需高度。

  所述刀箱架的顶部设置有上顶紧螺栓，所述上顶紧螺栓穿过所述导向架的顶部，并与所述竖直移动架的上表面接触。

  采用上述方案，可通过拧紧上顶紧螺栓，使竖直移动架及其它内部结构在竖直方向固定。

  所述刀箱模块(2)靠近所述支撑模块(4)的一侧设置有接触滚轮(214)，所述支撑模块(4)包括支撑架(401)，所述支撑架(401)靠近所述刀箱模块(2)的一侧对称设置有安装板(205)，所述安装板(405)靠近所述刀箱模块(2)的一侧设置有轨道(403)，所述轨道(403)

  与所述支撑架(401)之间设置有支撑三脚架(402)，所述导轨(403)与所述接触滚轮(214)的高度相同。

  所述岩箱模块包括岩箱，所述岩箱的内部可拆卸设置有岩样，所述岩箱的顶部可拆卸设置有岩箱盖板，所述岩箱的底部固定设置有固定座，所述岩箱的一侧固定设置有岩箱固定油缸。

  所述刀箱架202靠近所述竖直矩形导轨211的一侧设置有前顶紧螺栓209，所述前顶紧螺栓209穿过所述刀箱架202并与所述竖直矩形导轨211接触。

  采用上述方案，可保证竖直移动架不会在工作过程中由于盾构刀具受到的反作用力在推进方向上移动。

  1.通过卧式试验结构，可以在一定程度上完成超长距离的告诉破岩试验，在刀箱一侧设置的支撑模块，可提供一定的支反力抵消刀箱模块传递过来的载荷，提高装置的结构强度与稳定性。

  2.可以在一定程度上完成多把刀具之间的组合破岩，全方位、多角度采集试验信号及刀具磨损形貌。

  3.在完成竖直移动架的高度调节之后，可将垫块放置在竖直移动架与动平台之间，并通过调整数量来进行高度调节，通过上述结构，能够使顶升液压缸卸压后仍保证竖直移动架及其它内部结构在所需高度。

  7.可保证竖直移动架不会在工作过程中由于盾构刀具受到的反作用力在推进方向上移动。

  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。

  一种双刀直线式tbm破岩试验台，包括驱动传动模块1，所述驱动传动模块1，所述驱动传动模块1连接有刀箱模块2，所述刀箱模块2的一侧设置有支撑模块4，另一侧设置有岩箱模块3，所述刀箱模块2在切削时与所述支撑模块4贴合。

  所述驱动传动模块1包括数个电机101，所述电机连接有减速器102，所述减速器102连接有斜齿轮103，所述斜齿轮103的侧部啮合设置有斜齿条104，所述斜齿条104的外侧设置有轨道105。

  所述刀箱模块2包括数个刀箱架202，所述刀箱架202的内部设置有盾构刀具2045，所述盾构刀具2045的外部设置有夹具2044，所述夹具2044的外部设置有刀具进给平台204，所述刀具进给平台204的外部套设所述刀箱架202，所述刀具进给平台204的顶部固定设置有竖直移动架205，所述竖直移动架205的顶部固定设置有顶升液压缸206，所述竖直移动架205与所述刀箱架202之间设置有竖直导轨211。

  所述刀箱模块2的顶部设置有数组预紧油缸203，所述预紧油缸203设置在靠近所述支撑模块4的一侧。

  所述刀箱模块2包括动平台201，所述动平台设置在所述刀箱模块2的底部，所述东平台的底端设置有支撑滚轮2011，所述支撑滚轮2011与所述轨道105接触。

  所述刀箱架202的顶部设置有上顶紧螺栓207，所述上顶紧螺栓207穿过所述导向架202的顶部，并与所述竖直移动架205的上表面接触。

  所述刀箱模块2靠近所述支撑模块4的一侧设置有接触滚轮214，所述支撑模块4包括支撑架401，所述支撑架401靠近所述刀箱模块2的一侧对称设置有安装板205，所述安装板405靠近所述刀箱模块2的一侧设置有轨道403，所述轨道403与所述支撑架401之间设置有支撑三脚架402，所述导轨403与所述接触滚轮214的高度相同。

  所述岩箱模块3包括岩箱3，所述岩箱3的内部可拆卸设置有岩样305，所述岩箱304的顶部可拆卸设置有岩箱盖板303，所述岩箱304的底部固定设置有固定座301，所述岩箱304的一侧固定设置有岩箱固定油缸306。

  在上述实施例中，设置在刀箱模块2中的盾构刀具2045设置为2个，电机101与其配

  1.将岩样305放置在岩箱304，把岩箱盖板303固定安装在岩箱304上，将岩箱304吊装在岩箱固定座301上后，岩箱固定油缸306对岩样305进行加载使岩样305固定。

  2.调整压紧螺栓407对支撑架401的安装板405进行预紧，调整支撑三脚架402的高度使轨道403在合适的高度。

  3.用顶升液压缸206将右侧竖直移动架205及其内部结构提升至略高于两把盾构刀具有合适刀间距的高度，将垫块208安装在动平台201上，顶升液压缸206将右侧竖直移动架205及其内部结构下放至垫块208上，拧紧上顶紧螺栓207使得竖直移动架205在刀箱202内竖直方向上固定。

  4.侧顶紧油缸213对竖直移动架205侧壁加压使得竖直移动架205在刀箱202内水平方向上固定；调整前顶紧螺栓209使竖直移动架205在刀箱202内进给方向上固定。

  5.启动电机101使刀箱模块2在岩样305范围内，两个推进油缸2041推动刀具进给平台204向岩样305方向挪动直至两把盾构刀具2045接触岩样，随后电机101反转使刀箱模块2脱离岩样305范围并位于试验起点位置。

  6.启动电机101并设置合适转速，使盾构刀具2045在接触岩样305时的线速度达到试验要求，刀箱模块2下方的支撑滚轮2011沿着导轨105在平行于岩样305的方向运动。

  7.刀箱模块2整体沿着导轨105运动至第一把盾构刀具2045即将接触岩样305时，两个推进油缸2041推动刀具进给平台204继续岩样305方向挪动，并设置合适的推进速度，使得两把盾构刀具2045对岩样305切削完成时贯入度达到试验要求。

  8.刀箱模块2开始步入支撑架401范围内时，传感器控制刀箱模块2背后进入支撑架401范围内的上下两排预紧油缸203的开始加压，使液压杆推动接触滚轮214与支撑架401的耐磨条404接触；随着刀箱模块2的前进，上下两排预紧油缸203全部开始运转。

  9.两把盾构刀具2045对岩样305切削完成时，刀箱模块2在支撑架401范围外，两个推进油缸2041停止推进并将刀具进给平台204拉回至初始位置，上下两排预紧油缸203停止加压，电机101减速至试验装置停止。

  11.拧松上顶紧螺栓207，用顶升液压缸206将右侧竖直移动架205及其内部结构提升至距离与第一次切削高度为设定刀间距，将垫块208安装在动平台201上，顶升液压缸206将右侧竖直移动架205及其内部结构下放至垫块208上，拧紧上顶紧螺栓207使得竖直移动架205在刀箱202内竖直方向上固定。

  其中顶升液压缸206以铰链形式安装在竖直移动架205上方以保证顶升液压缸206不会因盾构刀具2045受到的冲击导致液压杆损坏，根据试验所需刀间距调整油压使竖直移动架205、盾构刀具2045以及其他结构提升至所需高度。

  两个推进油缸2041以铰链形式安装在竖直移动架205的背板上以保证推进油缸2041不会因盾构刀具2045受到的冲击导致液压杆损坏，实验装置工作时两个推进油缸2041分别推动两个刀具进给平台204及其内部结构向岩样305方向挪动直至盾构刀具2045接触岩样305。

  顶升液压缸206以铰链形式安装在竖直移动架205上方以保证顶升液压缸206不会因盾构刀具2045受到的冲击导致液压杆损坏，根据试验所需刀间距调整油压使竖直移动架205、盾构刀具2045以及其他结构提升至所需高度。

  前顶紧螺栓209穿过刀箱架202前面的钢板与竖直矩形导轨211接触，以保证竖直移动架205不会在工作过程中由于盾构刀具2045受到的反作用力在推进方向上移动。

  分组设置支撑滚轮2011与轨道105内部下表面接触，支撑滚轮2011与轨道105内部上表面留有间隙防止上表面承受过大载荷。

  为防止进给架2042在工作时受到扭矩的作用发生变形，两个侧顶紧油缸213安装在刀箱架202侧壁使刀箱架202侧壁与竖直移动架205紧密贴合。

  安装板405通过压紧螺栓407安装在定位板406上，实验装置使用前应将压紧螺栓407预紧以使安装板405有一定支反力抵消刀箱模块2传递过来的载荷，上下两个轨道403表面安装有耐磨条404防止轨道403过度磨损。

  岩箱垫块302安装在岩箱304面板上，岩样305在使用完一个表面后可以使岩箱304翻转90

  安全装置5分别安装在导轨两侧防止刀箱模块2脱离轨道，在所述刀箱架202的侧壁与所述竖直移动架205的侧壁之间设置有竖直耐磨条210与水平耐磨条212

  1.将岩样305放置在岩箱304，把岩箱盖板303固定安装在岩箱304上，将岩箱304吊装在岩箱固定座301上后，岩箱固定油缸306对岩样305进行加载使岩样305固定。

  2.调整压紧螺栓407对支撑架401的安装板405进行预紧，调整支撑三脚架402的高度使轨道403在合适的高度。

  3.用顶升液压缸206将右侧竖直移动架205及其内部结构提升至略高于两把盾构刀具有合适刀间距的高度，将垫块208安装在动平台201上，顶升液压缸206将右侧竖直移动架205及其内部结构下放至垫块208上，拧紧上顶紧螺栓207使得竖直移动架205在刀箱202内竖直方向上固定。

  4.侧顶紧油缸213对竖直移动架205侧壁加压使得竖直移动架205在刀箱202内水平方向上固定；调整前顶紧螺栓209使竖直移动架205在刀箱202内进给方向上固定。

  启动电机101使刀箱模块2在岩样305范围内，两个推进油缸2041推动刀具进给平台204向岩样305方向挪动直至两把盾构刀具2045接触岩样，随后电机101反转使刀箱模块2脱离岩样305范围并位于试验起点位置，两个推进油缸2041推动刀具进给平台204向岩样305方向进给试验所需切深值后锁死。

  5.启动电机101并设置合适转速，使盾构刀具2045在接触岩样305时的线速度达到试验要求，刀箱模块2下方的支撑滚轮2011沿着导轨105在平行于岩样305的方向运动。

  6.刀箱模块2开始步入支撑架401范围内时，传感器控制刀箱模块2背后进入支撑架401范围内的上下两排预紧油缸203的开始加压，使液压杆推动接触滚轮214与支撑架401的耐磨条404接触；随着刀箱模块2的前进，上下两排预紧油缸203全部开始运转。

  7.两把盾构刀具2045对岩样305切削完成时，刀箱模块2在支撑架401范围外，两个推进油缸2041将刀具进给平台204拉回至初始位置，上下两排预紧油缸203停止加压，电机

  9.拧松上顶紧螺栓207，用顶升液压缸206将右侧竖直移动架205及其内部结构提升至距离与第一次切削高度为设定刀间距，将垫块208安装在动平台201上，顶升液压缸206将右侧竖直移动架205及其内部结构下放至垫块208上，拧紧上顶紧螺栓207使得竖直移动架205在刀箱202内竖直方向上固定。

  1.将岩样305放置在岩箱304，把岩箱盖板303固定安装在岩箱304上，将岩箱304吊装在岩箱固定座301上后，岩箱固定油缸306对岩样305进行加载使岩样305固定。

  2.调整压紧螺栓407对支撑架401的安装板405进行预紧，调整支撑三脚架402的高度使轨道403在合适的高度。

  3.用顶升液压缸206将右侧竖直移动架205及其内部结构提升至略高于两把盾构刀具有合适刀间距的高度，将垫块208安装在动平台201上，顶升液压缸206将右侧竖直移动架205及其内部结构下放至垫块208上，拧紧上顶紧螺栓207使得竖直移动架205在刀箱202内竖直方向上固定。

  4.侧顶紧油缸213对竖直移动架205侧壁加压使得竖直移动架205在刀箱202内水平方向上固定；调整前顶紧螺栓209使竖直移动架205在刀箱202内进给方向上固定。

  5.启动电机101使刀箱模块2在岩样305范围内，两个推进油缸2041推动刀具进给平台204向岩样305方向挪动直至两把盾构刀具2045接触岩样，随后电机101反转使刀箱模块2脱离岩样305范围并位于试验起点位置，两个推进油缸2041推动刀具进给平台204向岩样305方向进给试验所需切深值后锁死。

  6.启动电机101并设置合适转速，使盾构刀具2045在接触岩样305时的线速度达到试验要求，刀箱模块2下方的支撑滚轮2011沿着导轨105在平行于岩样305的方向运动。

  7.刀箱模块2开始步入支撑架401范围内时，传感器控制刀箱模块2背后进入支撑架401范围内的上下两排预紧油缸203的开始加压，使液压杆推动接触滚轮214与支撑架401的耐磨条404接触；随着刀箱模块2的前进，上下两排预紧油缸203全部开始运转。

  8.两把盾构刀具2045对岩样305切削完成时，刀箱模块2在支撑架401范围外，两个推进油缸2041将刀具进给平台204拉回至初始位置，上下两排预紧油缸203停止加压，电机101减速至试验装置停止。

  10.拧松上顶紧螺栓207，用顶升液压缸206将右侧竖直移动架205及其内部结构提升至距离与第一次切削高度为设定刀间距，将垫块208安装在动平台201上，顶升液压缸206将右侧竖直移动架205及其内部结构下放至垫块208上，拧紧上顶紧螺栓207使得竖直移动架205在刀箱202内竖直方向上固定。

  以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还能做出若干变形和改进，这些都属于本

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