專(zhuān)利名稱：Tbm破巖試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硬巖隧道掘機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及的是一種TBM破巖試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
盤(pán)型滾刀是目前硬巖隧道掘機(jī)TBM上最常用的刀具，研究盤(pán)型滾刀作用下的破巖機(jī)理對(duì)提高破巖效率及指導(dǎo)刀具的機(jī)械制造意義重大。合理確定刀盤(pán)布置、刀間距以及機(jī)具的推力與扭矩，可極大的提高破巖效果和掘進(jìn)速度。在現(xiàn)有的TBM試驗(yàn)研究方面，最具代表的是科羅拉多礦業(yè)大學(xué)Ozdemir等設(shè)計(jì)的單刀直線性切割試驗(yàn)裝置(LCM) [Ozdemir, L. Performance predictions for mechanical excavation in Yucca Mountain tuffs, EMI-report, SAND91-7035], 1!: !+ 刀具支座，其中一刀具支座沿雙向可滑動(dòng)，便于在不同位置固定，這樣即可進(jìn)行單刀具的線性切割試驗(yàn)，同時(shí)也可完成不同時(shí)序及不同間距雙刀具破巖的研究。該立式試驗(yàn)裝置可測(cè)量滾刀三向力、貫入度、刀間距等多項(xiàng)參數(shù)，但該裝置采用刀具的直線位移模擬刀具的破巖過(guò)程，與實(shí)際的將刀具安裝在回轉(zhuǎn)刀盤(pán)上，通過(guò)刀盤(pán)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行破巖差別較大，故無(wú)法真實(shí)模擬刀具的工作過(guò)程，且無(wú)法通過(guò)試驗(yàn)得出刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)扭矩與刀具安裝位置的關(guān)系， 無(wú)法對(duì)刀具進(jìn)行全方位研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的由此產(chǎn)生，提出一種TBM破巖試驗(yàn)裝置，該裝置能更加真實(shí)地模擬刀具的實(shí)際工作過(guò)程，輕易測(cè)量出刀具切削力、軸向推力、貫入度、刀間距等多項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)， 還可對(duì)刀具的破巖效率，磨損機(jī)理展開(kāi)研究。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的采取的技術(shù)方案是一種TBM破巖試驗(yàn)裝置包括傳動(dòng)箱體、 巖箱、刀盤(pán)、工作臺(tái)，在傳動(dòng)箱體中安裝有電機(jī)、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、減速器，扭矩轉(zhuǎn)速傳感器兩端分別與電機(jī)和減速器連接，減速器通過(guò)聯(lián)軸器與設(shè)置在傳動(dòng)箱體上的刀盤(pán)連接，在刀盤(pán)上安裝有刀具，傳動(dòng)箱體和巖箱與工作臺(tái)滑動(dòng)連接；在所述巖箱的外側(cè)連接有后推力桿， 在傳動(dòng)箱體的外側(cè)連接有前推力桿，推力機(jī)構(gòu)對(duì)稱設(shè)置在工作臺(tái)上，位于巖箱、傳動(dòng)箱體的兩側(cè)，后端均與后推力桿連接，前端的均與前推力桿連接，通過(guò)推動(dòng)傳動(dòng)箱體和巖箱在工作臺(tái)上的同時(shí)壓緊或松展運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀和退刀。本發(fā)明所述的推力機(jī)構(gòu)工作時(shí)，液壓缸通過(guò)液壓桿的伸長(zhǎng)或縮短將傳動(dòng)箱和巖箱彼此壓緊或拉開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀和退刀。而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是將傳動(dòng)箱和巖箱中的一個(gè)箱體固定， 通過(guò)推動(dòng)另一個(gè)箱體(傳動(dòng)箱或巖箱)實(shí)現(xiàn)退刀和進(jìn)刀，由此產(chǎn)生的弊端是，由于刀盤(pán)工作時(shí)的軸向進(jìn)給力較大，固定箱體的軸向約束存在安全隱患。本發(fā)明所述的推力機(jī)構(gòu)工作時(shí)， 傳動(dòng)箱和巖箱軸向都是可以活動(dòng)的，不存在箱體固定的問(wèn)題，可靠性較高。本發(fā)明所述的工作臺(tái)上有導(dǎo)引支架，液壓桿安裝在導(dǎo)引機(jī)架上，從而引導(dǎo)液壓桿伸長(zhǎng)和壓縮，保證液壓缸與工作臺(tái)較好的位置關(guān)系。工作臺(tái)上引導(dǎo)傳動(dòng)箱和巖箱軸向移動(dòng)的導(dǎo)軌為燕尾導(dǎo)軌，從而約束箱體只做軸向移動(dòng)。
將刀具安裝在與實(shí)際TBM刀盤(pán)結(jié)構(gòu)相似的刀盤(pán)上，采用大功率電機(jī)和變速系統(tǒng)為其提供破巖扭矩，液壓系統(tǒng)提供軸向進(jìn)給力，通過(guò)控制電機(jī)與液壓系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)模擬刀具的實(shí)際工作過(guò)程。刀具在該裝置的刀盤(pán)上可根據(jù)試驗(yàn)需求調(diào)整位置，便于研究刀間距與破巖效果之間的關(guān)系；在大功率電機(jī)上安裝有扭矩轉(zhuǎn)速傳感器，可獲得不同工況下，刀具的回轉(zhuǎn)扭矩；液壓進(jìn)給系統(tǒng)上安裝有壓力傳感器，可得出刀具的軸向進(jìn)給力。


圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、后推力桿，2、巖樣，3、刀具，4、刀盤(pán)，5、聯(lián)軸器，6、傳動(dòng)箱體，7、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器，8、工作臺(tái)，9、前推力桿，10、電機(jī)，11、液壓桿，12、減速器，13、導(dǎo)引支架，14、出渣口， 15、液壓缸體，16、巖箱。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。但本發(fā)明不局限以下實(shí)施例。如圖1所示一種TBM破巖試驗(yàn)裝置包括巖箱后推力桿1、刀具3、刀盤(pán)4、聯(lián)軸器 5、傳動(dòng)箱體6、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器7、工作臺(tái)8、前推力桿9、電機(jī)10、液壓桿11、減速器12、導(dǎo)引支架13、推力機(jī)構(gòu)和巖箱16。巖箱16、傳動(dòng)箱體6均設(shè)置在工作臺(tái)8上與工作臺(tái)8滑動(dòng)連接。為提高運(yùn)行的穩(wěn)定性，巖箱16、傳動(dòng)箱體6與工作臺(tái)8為燕尾槽連接，即在巖箱16和傳動(dòng)箱體6的底部開(kāi)燕尾導(dǎo)引槽，在工作臺(tái)8上設(shè)有燕尾導(dǎo)軌。在巖箱16的外側(cè)固定連接有巖箱后推力桿1，在傳動(dòng)箱體6的外側(cè)固定連接有前推力桿9。推力機(jī)構(gòu)對(duì)稱設(shè)置在工作臺(tái)8上，位于巖箱16、傳動(dòng)箱體6的兩側(cè)，后端均與巖箱后推力桿1的兩邊鉸接連接，前端均與前推力桿9的兩邊鉸接連接。本實(shí)施例采用的是液壓缸體結(jié)構(gòu)，即液壓缸體15對(duì)稱設(shè)置在工作臺(tái)8上，后端均與巖箱后推力桿1的兩邊鉸接連接，前端的液壓桿11均與前推力桿9的兩邊鉸接連接，由于液壓桿11的工作行程較長(zhǎng)，為保證液壓桿11運(yùn)行的平穩(wěn)性，在工作臺(tái)8上還設(shè)置有導(dǎo)引支架13用于支撐導(dǎo)向液壓桿11，液壓桿11穿過(guò)導(dǎo)引支架13與前推力桿9的兩邊鉸接連接。在傳動(dòng)箱體6內(nèi)設(shè)置有電機(jī)10、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器7、聯(lián)軸器5和減速器12，扭矩轉(zhuǎn)速傳感器7兩端分別與電機(jī)10和減速器12連接，減速器12通過(guò)聯(lián)軸器 5與設(shè)置在傳動(dòng)箱體6上的刀盤(pán)4連接，刀具3安裝在刀盤(pán)4上，刀具3的安裝可根據(jù)使用需要不同位置布置不同的刀具數(shù)。刀盤(pán)4的扭矩和轉(zhuǎn)速由電機(jī)10提供。巖樣2固定在巖箱16內(nèi)，巖箱16分兩個(gè)部分巖樣區(qū)和排渣區(qū)，巖樣區(qū)盛納巖樣，排渣區(qū)靠近刀盤(pán)的外側(cè)， 其底面為向側(cè)方傾斜的傾斜面并設(shè)有出渣口 14，破碎后的巖渣可沿斜面滑落到巖箱一側(cè)， 從側(cè)面的出渣口排出。試驗(yàn)時(shí)，同步開(kāi)啟液壓缸和電機(jī)，電機(jī)10通過(guò)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器7、減速器12、聯(lián)軸器5帶動(dòng)刀盤(pán)4旋轉(zhuǎn)。液壓缸體15和液壓桿11則帶動(dòng)兩端連接的傳動(dòng)箱體6和巖箱16 同時(shí)向內(nèi)壓緊或向外推離，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)裝置的進(jìn)刀或退刀。當(dāng)液壓桿11伸長(zhǎng)時(shí)，液壓桿11推動(dòng)與其鉸接的前推力桿9帶動(dòng)傳動(dòng)箱體6沿工作臺(tái)8的燕尾導(dǎo)軌向外側(cè)滑動(dòng)，同時(shí)液壓缸體15推動(dòng)與其鉸接的后推力桿1帶動(dòng)巖箱16沿工作臺(tái)8的燕尾導(dǎo)軌向與傳動(dòng)箱滑動(dòng)方向相反的方向滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)4退刀；當(dāng)液壓桿11向液壓缸體內(nèi)縮短時(shí)，液壓桿11和液壓缸體15分別推動(dòng)傳動(dòng)箱體6和巖箱16，使其相互壓緊，實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)4的進(jìn)給。退刀和進(jìn)刀的過(guò)程中，在液壓缸的進(jìn)油口設(shè)置有壓力控制閥、流量閥和油壓傳感器，通過(guò)調(diào)整壓力控制閥和流量閥控制刀盤(pán)的軸向進(jìn)給力和進(jìn)給速度。通過(guò)油壓傳感器和扭矩轉(zhuǎn)速傳感器可輕易測(cè)量出刀具切削力、軸向推力、貫入度等多項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，為刀具的優(yōu)化設(shè)計(jì)和破巖效率的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。
權(quán)利要求
1.一種TBM破巖試驗(yàn)裝置，包括傳動(dòng)箱體(6)、巖箱(16)、刀盤(pán)0)、工作臺(tái)(8)，在傳動(dòng)箱體(6)中安裝有電機(jī)(10)、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器(7)、減速器(12)，扭矩轉(zhuǎn)速傳感器兩端分別與電機(jī)和減速器連接，減速器通過(guò)聯(lián)軸器與設(shè)置在傳動(dòng)箱體上的刀盤(pán)(4)連接，在刀盤(pán)上安裝有刀具(3)，傳動(dòng)箱體(6)和巖箱(16)與工作臺(tái)(8)滑動(dòng)連接，其特征是所述巖箱 (16)的外側(cè)連接有后推力桿(1)，在傳動(dòng)箱體(6)的外側(cè)連接有前推力桿(9)，推力機(jī)構(gòu)對(duì)稱設(shè)置在工作臺(tái)(8)上，位于巖箱(16)、傳動(dòng)箱體(6)的兩側(cè)，后端均與后推力桿(1)連接， 前端的均與前推力桿(9)連接，通過(guò)推動(dòng)傳動(dòng)箱體(6)和巖箱(16)在工作臺(tái)上的同時(shí)壓緊或松展運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀和退刀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TBM破巖試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的傳動(dòng)箱體(6)、巖箱 (16)與工作臺(tái)(8)為燕尾槽連接，即在巖箱和機(jī)體密封的底部開(kāi)燕尾槽，在工作臺(tái)上設(shè)有燕尾導(dǎo)軌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TBM破巖試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的推力機(jī)構(gòu)為液壓缸體結(jié)構(gòu)，即液壓缸體(15)對(duì)稱設(shè)置在工作臺(tái)(8)上，后端均與后推力桿(1)的兩邊鉸接連接，前端的液壓桿(11)均與前推力桿(9)的兩邊鉸接連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TBM破巖試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的巖箱(16)排渣區(qū)靠近刀盤(pán)的外側(cè)，設(shè)有出渣口(14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的TBM破巖試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的液壓桿(11)穿過(guò)設(shè)置在工作臺(tái)(8)上的導(dǎo)引支架(13)與前推力桿(9)的兩邊鉸接連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的TBM破巖試驗(yàn)裝置包括傳動(dòng)箱體(6)、巖箱(16)、刀盤(pán)(4)、工作臺(tái)(8)，在傳動(dòng)箱體中安裝有電機(jī)(10)、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器(7)、減速器(12)，扭矩轉(zhuǎn)速傳感器兩端分別與電機(jī)和減速器連接，減速器通過(guò)聯(lián)軸器與設(shè)置在傳動(dòng)箱體上的刀盤(pán)連接，在刀盤(pán)上安裝有刀具(3)，所述傳動(dòng)箱體和巖箱與工作臺(tái)滑動(dòng)連接；在巖箱的外側(cè)連接有后推力桿(1)，在傳動(dòng)箱體的外側(cè)連接有前推力桿(9)，推力機(jī)構(gòu)對(duì)稱設(shè)置在工作臺(tái)上，位于巖箱、傳動(dòng)箱體的兩側(cè)，后端均與后推力桿連接，前端均與前推力桿連接，通過(guò)推動(dòng)傳動(dòng)箱體和巖箱在工作臺(tái)上的同時(shí)壓緊或松展運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀和退刀。能真實(shí)地模擬刀具的實(shí)際工作過(guò)程，測(cè)量出刀具切削力、軸向推力、貫入度、刀間距等多項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。
文檔編號(hào)G01N3/58GK102359919SQ20111024688
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者常家東, 張兵, 李鳳遠(yuǎn), 洪開(kāi)榮, 王海霞, 趙海軍, 陳饋 申請(qǐng)人:中鐵隧道集團(tuán)有限公司