專利名稱：巖石掘進機多刀多角度破巖裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及巖石掘進機領域中的一種巖石圍壓加載條件下，模擬巖石掘進機多刀多角度破巖試驗裝置。
背景技術：
目前，巖石掘進機是巖石隧道施工領域的主要裝備，巖石地質(zhì)條件極為復雜多變， 然而施工前很難進行準確勘測，是造成掘進過程中施工進度緩慢、事故頻發(fā)的主要原因。采用環(huán)狀圍壓加載機構和刀具破巖角度調(diào)節(jié)機構，針對特定巖石試樣進行試驗，可以真實模擬巖石掘進機施工中刀具破巖過程，檢測掘進機多把刀具在破碎圍壓狀態(tài)巖石的真實受力狀態(tài)，將更準確獲得掘進機關鍵部件的設計參數(shù)，提高掘進速度，針對不同單軸抗壓強度的巖石，同步調(diào)節(jié)掘進機刀具刃傾角和刀具偏轉角，將提高掘進機破碎巖石的效率，減少因圍壓變化引起的隧道施工事故。目前現(xiàn)有的巖石掘進機刀具破巖試驗設備，不能檢測環(huán)狀圍壓下刀具的真實受力狀態(tài)，不能多刀同步調(diào)節(jié)刀具角度進行試驗。因此，研制一種巖石掘進機多刀多角度破巖裝置是急需解決的新課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種巖石掘進機多刀多角度破巖裝置，具有模擬巖石掘進機掘進過程功能，模擬巖石圍壓功能，可調(diào)節(jié)多把刀具滾壓剪切角、偏轉角進行巖石破碎，同步檢測掘進機刀具受力狀態(tài)的試驗裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種巖石掘進機多刀多角度破巖裝置，由自反力架體、環(huán)狀圍壓加載工作臺、刀具座、球鉸接座、刀具角度調(diào)節(jié)卡環(huán)、Z向伺服作動器、導軌導向機構、掘進機刀具、巖石試件、X向伺服作動器、Y向內(nèi)置伺服作動器、水平雙層直線導軌、三向壓力傳感器組成，將巖石試件側向移動方向設為X軸，巖石試件推進方向設為Y軸，垂直于的巖石試件破碎表面方向設為Z軸；X向伺服作動器安裝在水平雙層直線導軌與環(huán)狀圍壓加載工作臺之間，Y向內(nèi)置伺服作動器安裝在水平雙層直線導軌與自反力架體之間，Z向伺服作動器安裝在導軌導向機構與自反力架體之間，導軌導向機構、水平雙層直線導軌安裝在自反力架體上，掘進機刀具固定在刀具座中，刀具座通過三向壓力傳感器與球鉸接座螺栓連接，球鉸接座安裝到導軌導向機構上，刀具角度調(diào)節(jié)卡環(huán)安裝在球鉸接座上，巖石試件固定于環(huán)狀圍壓加載工作臺中；所述裝置的工作原理是，在巖石試件外側開始試驗，Z向伺服作動器驅動導軌導向機構，使掘進機刀具相對巖石試件達到設定的貫入量，X向伺服作動器驅動環(huán)狀圍壓加載工作臺，使掘進機刀具到達巖石試件初始破碎位置，Y向內(nèi)置伺服作動器通過水平雙層直線導軌驅動環(huán)狀圍壓加載工作臺直線運動，使巖石試件在掘進機刀具作用下發(fā)生破碎，破碎過程中貫入量保持不變，刀具與巖石的壓力可變；在巖表面開始試驗，Z向伺服作動器驅動導軌導向機構，使掘進機刀具作用于巖石試件表面達到設定的壓力，巖石破碎過程中可保持壓力不變，貫入量可變；試驗時通過更換刀具角度調(diào)節(jié)卡環(huán)，調(diào)節(jié)球鉸接座偏轉角度，改變掘進機刀具破碎巖石的刀刃角度，實現(xiàn)多角度破巖；安裝把以上刀具，可使中間刀具作用下的巖石破碎發(fā)生在相鄰刀具產(chǎn)生的應力場環(huán)境中，巖石破碎條件更接近實際掘進工程，實現(xiàn)了多刀多角度破巖模擬，整個試驗過程中如發(fā)生掘進機刀具過載，通過自動調(diào)節(jié)Z向伺服作動器進行卸載，環(huán)狀圍壓加載工作臺采用液壓缸在巖石試件圓周方向分段加載，可模擬不同地質(zhì)條件下巖石的內(nèi)應力，實現(xiàn)了真實地質(zhì)條件下的巖石破碎模擬，個方向伺服作動器作用力最終都作用于自反力架體，采用三向壓力傳感器實時檢測掘進機刀具受力狀態(tài)，進而獲取掘進機刀具的最優(yōu)破巖參數(shù)。本發(fā)明的要點在于它的結構及工作原理。在巖石試件外側開始試驗，Z向伺服作動器驅動導軌導向機構，使掘進機刀具相對巖石試件達到設定的貫入量，X向伺服作動器驅動環(huán)狀圍壓加載工作臺，使掘進機刀具到達巖石試件初始破碎位置，Y向內(nèi)置伺服作動器通過水平雙層直線導軌驅動環(huán)狀圍壓加載工作臺直線運動，使巖石試件在掘進機刀具作用下發(fā)生破碎，破碎過程中貫入量保持不變，刀具與巖石的壓力可變；在巖表面開始試驗，Z向伺服作動器驅動導軌導向機構，使掘進機刀具作用于巖石試件表面達到設定的壓力，巖石破碎過程中可保持壓力不變，貫入量可變；試驗時通過更換刀具角度調(diào)節(jié)卡環(huán)，調(diào)節(jié)球鉸接座偏轉角度，改變掘進機刀具破碎巖石的刀刃角度，實現(xiàn)多角度破巖；安裝把以上刀具，可使中間刀具作用下的巖石破碎發(fā)生在相鄰刀具產(chǎn)生的應力場環(huán)境中，巖石破碎條件更接近實際掘進工程，實現(xiàn)了多刀多角度破巖模擬，整個試驗過程中如發(fā)生掘進機刀具過載，通過自動調(diào)節(jié)Z向伺服作動器進行卸載，環(huán)狀圍壓加載工作臺采用液壓缸在巖石試件圓周方向分段加載，可模擬不同地質(zhì)條件下巖石的內(nèi)應力，實現(xiàn)了真實地質(zhì)條件下的巖石破碎模擬， 個方向伺服作動器作用力最終都作用于自反力架體，采用三向壓力傳感器實時檢測掘進機刀具受力狀態(tài)，進而獲取掘進機刀具的最優(yōu)破巖參數(shù)。巖石掘進機多刀多角度破巖裝置與現(xiàn)有技術相比，具有模擬巖石環(huán)狀圍壓加載功能，使得巖石試件更接近真實地質(zhì)條件；具有多把刀具同時模擬巖石破碎過程，實現(xiàn)對掘進機刀具受力、刀間距等參數(shù)測量值更準確；具有刀具偏轉角和剪切角同步調(diào)節(jié)機構，使得掘進機刀具破巖效率更高，有效提升巖石掘進機的設計水平和控制隧道施工事故的發(fā)生等優(yōu)點，將廣泛地應用于巖石掘進機領域中。


下面結合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明。圖1是本發(fā)明的結構示意圖。圖2是圖1的左視圖。
具體實施例方式參照附圖，一種巖石掘進機多刀多角度破巖裝置，由自反力架體1、環(huán)狀圍壓加載工作臺2、刀具座3、球鉸接座4、刀具角度調(diào)節(jié)卡環(huán)5、Z向伺服作動器6、導軌導向機構7、 掘進機刀具8、巖石試件9、X向伺服作動器10、Y向內(nèi)置伺服作動器11、水平雙層直線導軌 12、三向壓力傳感器13組成，將巖石試件9側向移動方向設為X軸，巖石試件9推進方向設為Y軸，垂直于的巖石試件9破碎表面方向設為Z軸。X向伺服作動器10安裝在水平雙層直線導軌12與環(huán)狀圍壓加載工作臺2之間，Y向內(nèi)置伺服作動器11安裝在水平雙層直線導軌12與自反力架體1之間，Z向伺服作動器6安裝在導軌導向機構7與自反力架體1之間，導軌導向機構7、水平雙層直線導軌12安裝在自反力架體1上，掘進機刀具8固定在刀具座3中，刀具座3通過三向壓力傳感器13與球鉸接座4螺栓連接，球鉸接座4安裝到導軌導向機構7上，刀具角度調(diào)節(jié)卡環(huán)5安裝在球鉸接座4上，巖石試件9固定于環(huán)狀圍壓加載工作臺2中；所述裝置的工作原理是，在巖石試件9外側開始試驗，Z向伺服作動器6驅動導軌導向機構7，使掘進機刀具8相對巖石試件9達到設定的貫入量，X向伺服作動器10 驅動環(huán)狀圍壓加載工作臺2，使掘進機刀具8到達巖石試件9初始破碎位置，Y向內(nèi)置伺服作動器11通過水平雙層直線導軌12驅動環(huán)狀圍壓加載工作臺2直線運動，使巖石試件9 在掘進機刀具8作用下發(fā)生破碎，破碎過程中貫入量保持不變，刀具與巖石的壓力可變；在巖表面開始試驗，Z向伺服作動器6驅動導軌導向機構7，使掘進機刀具8作用于巖石試件 9表面達到設定的壓力，巖石破碎過程中可保持壓力不變，貫入量可變；試驗時通過更換刀具角度調(diào)節(jié)卡環(huán)5，調(diào)節(jié)球鉸接座4偏轉角度，改變掘進機刀具破碎巖石的刀刃角度，實現(xiàn)多角度破巖；安裝3把以上刀具，可使中間刀具作用下的巖石破碎發(fā)生在相鄰刀具產(chǎn)生的應力場環(huán)境中，巖石破碎條件更接近實際掘進工程，實現(xiàn)了多刀多角度破巖模擬，整個試驗過程中如發(fā)生掘進機刀具8過載，通過自動調(diào)節(jié)Z向伺服作動器6進行卸載，環(huán)狀圍壓加載工作臺2采用液壓缸在巖石試件9圓周方向分段加載，可模擬不同地質(zhì)條件下巖石的內(nèi)應力，實現(xiàn)了真實地質(zhì)條件下的巖石破碎模擬，3個方向伺服作動器作用力最終都作用于自反力架體1，采用三向壓力傳感器13實時檢測掘進機刀具8受力狀態(tài)，進而獲取掘進機刀具8 的最優(yōu)破巖參數(shù)。
權利要求
1.一種巖石掘進機多刀多角度破巖裝置，由自反力架體、環(huán)狀圍壓加載工作臺、刀具座、球鉸接座、刀具角度調(diào)節(jié)卡環(huán)、Z向伺服作動器、導軌導向機構、掘進機刀具、巖石試件、 X向伺服作動器、Y向內(nèi)置伺服作動器、水平雙層直線導軌、三向壓力傳感器組成，其特征在于將巖石試件側向移動方向設為X軸，巖石試件推進方向設為Y軸，垂直于的巖石試件破碎表面方向設為Z軸；X向伺服作動器安裝在水平雙層直線導軌與環(huán)狀圍壓加載工作臺之間，Y向內(nèi)置伺服作動器安裝在水平雙層直線導軌與自反力架體之間，Z向伺服作動器安裝在導軌導向機構與自反力架體之間，導軌導向機構、水平雙層直線導軌安裝在自反力架體上，掘進機刀具固定在刀具座中，刀具座通過三向壓力傳感器與球鉸接座螺栓連接，球鉸接座安裝到導軌導向機構上，刀具角度調(diào)節(jié)卡環(huán)安裝在球鉸接座上，巖石試件固定于環(huán)狀圍壓加載工作臺中。
2.根據(jù)權利要求1所述的高水壓下盾構機的試驗加載裝置，其特征在于所述裝置的工作原理是，在巖石試件外側開始試驗，Z向伺服作動器驅動導軌導向機構，使掘進機刀具相對巖石試件達到設定的貫入量，X向伺服作動器驅動環(huán)狀圍壓加載工作臺，使掘進機刀具到達巖石試件初始破碎位置，Y向內(nèi)置伺服作動器通過水平雙層直線導軌驅動環(huán)狀圍壓加載工作臺直線運動，使巖石試件在掘進機刀具作用下發(fā)生破碎，破碎過程中貫入量保持不變，刀具與巖石的壓力可變；在巖表面開始試驗，Z向伺服作動器驅動導軌導向機構，使掘進機刀具作用于巖石試件表面達到設定的壓力，巖石破碎過程中可保持壓力不變，貫入量可變；試驗時通過更換刀具角度調(diào)節(jié)卡環(huán)，調(diào)節(jié)球鉸接座偏轉角度，改變掘進機刀具破碎巖石的刀刃角度，實現(xiàn)多角度破巖；安裝把以上刀具，可使中間刀具作用下的巖石破碎發(fā)生在相鄰刀具產(chǎn)生的應力場環(huán)境中，巖石破碎條件更接近實際掘進工程，實現(xiàn)了多刀多角度破巖模擬，整個試驗過程中如發(fā)生掘進機刀具過載，通過自動調(diào)節(jié)Z向伺服作動器進行卸載， 環(huán)狀圍壓加載工作臺采用液壓缸在巖石試件圓周方向分段加載，可模擬不同地質(zhì)條件下巖石的內(nèi)應力，實現(xiàn)了真實地質(zhì)條件下的巖石破碎模擬，個方向伺服作動器作用力最終都作用于自反力架體，采用三向壓力傳感器實時檢測掘進機刀具受力狀態(tài)，進而獲取掘進機刀具的最優(yōu)破巖參數(shù)。
全文摘要
一種應用于巖石掘進機領域中的巖石掘進機多刀多角度破巖裝置，由自反力架體、環(huán)狀圍壓加載工作臺、Z向伺服作動器、X向伺服作動器、Y向內(nèi)置伺服作動器、水平雙層直線導軌、三向壓力傳感器等組成，將巖石試件側向移動方向設為X軸，巖石試件推進方向設為Y軸，垂直于的巖石試件破碎表面方向設為Z軸；X向伺服作動器安裝在水平雙層直線導軌與環(huán)狀圍壓加載工作臺之間，Y向內(nèi)置伺服作動器安裝在水平雙層直線導軌與自反力架體之間，Z向伺服作動器安裝在導軌導向機構與自反力架體之間。該裝置模擬巖石環(huán)狀圍壓加載功能，使得巖石試件更接近真實地質(zhì)條件，刀間距等參數(shù)測量值更準確，提升巖石掘進機的設計水平和控制隧道施工事故發(fā)生。
文檔編號G01M13/00GK102445336SQ20111030422
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權日2011年10月10日
發(fā)明者任麗維, 何恩光, 杜大川, 費學婷, 趙海峰, 趙羽, 邊野, 高偉賢 申請人:沈陽重型機械集團有限責任公司