CN203672739U - 一种切割岩样的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种切割岩样的试验装置，所述架体的顶部设置有竖直液压缸，所述竖直液压缸的活塞杆朝向架体的底部设置，所述竖直液压缸的活塞杆上连接有用于切割岩样的刀具；所述架体的底部设置有回转切割岩样箱和线性切割岩样箱，所述回转切割岩样箱上连接有用于带动回转岩样箱转动的回转支承；所述线性切割岩样箱上连接有用于带动线性切割岩样箱的产生水平位移的水平液压缸。本实用新型提供的切割岩样的试验装置结构简单紧凑，占用空间小，容易操作，并且可以在回转切割和线性切割两种不同模式下进行岩石切割试验。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种试验装置，尤其涉及一种切割岩样的试验装置。
背景技术
滚刀是盾构破碎硬岩的主要刀具，其破碎机理是跃进时冲击压碎岩石以及压下后剪切碾碎破岩。在不同的地质条件和掘进参数下掘进时，刀具的受力情况和磨损失效有所不同，由于刀具的失效，在掘进过程中需要更换刀具，但更换刀具不仅工作量大而且存在危险。另外，工程实践表明，刀具的检查、更换与维修等作业的时间约占掘进施工总时间的三分之一，而刀具的费用约占掘进施工费用的三分之一，因此有必要采用切割试验装置对刀具的切削性能、受力状态以及破岩所需推力和扭矩的匹配关系进行研究，从而降低生产时间和生产成本。
滚刀有线性切割和回转切割两种切割方式，线性切割和回转切割的实验目的和解决问题不同，因此，现有技术中，通常采用回转切割试验装置和线性切割试验装置对刀具的性能进行研究。其中，回转切割试验装置多为小比尺模型，刀盘回转半径小，可模拟盾构不同类型刀具回转切削机理和刀盘中心滚刀的受力情况；而线性切割试验装置采用与工程实际相同尺寸的17英寸滚刀进行切割试验，实验数据更能反映真实情况，对于大回转半径的盾构，周边刀具的运动近似于线性运动，因此需用线速度较大的线性切割试验装置来模拟。但是，现有技术中的这些试验切割装置多为单一功能，单一工作模式，利用一种试验台，通常无法满足刀具破岩机理的试验需要。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种切割岩样的试验装置，其能够实现回转切割和线性切割两种工作模式。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：
一种切割岩样的试验装置，所述架体的顶部设置有竖直液压缸，所述竖直液压缸的活塞杆朝向所述架体的底部设置，所述竖直液压缸的活塞杆上连接有用于切割岩样的刀具；所述架体的底部设置有回转切割岩样箱和线性切割岩样箱，所述回转切割岩样箱上连接有用于带动所述回转岩样箱转动的回转支承；所述线性切割岩样箱上连接有用于带动所述线性切割岩样箱的产生水平位移的水平液压缸。
进一步地，所述竖直液压缸的活塞杆的端部设置有刀座，所述刀具固定在所述刀座上。
进一步地，所述竖直液压缸的活塞杆与刀座采用球铰连接。
进一步地，所述架体在所述刀座的两侧设置有导向柱，所述刀座在所述导向柱相应的位置设置有导向套，所述导向套套设在所述导向柱上。
进一步地，所述刀座上设置有用于监测刀具的三向力传感器。
进一步地，所述回转支承的外齿圈与回转切割岩样箱连接，所述回转支承的内圈与所述架体连接。
进一步地，所述回转支承的外齿圈通过齿轮轴啮合连接驱动电机。
进一步地，所述驱动电机上还连接有转速扭矩传感器。
进一步地，所述架体的底部设置有两根滑轨，所述线性切割岩样箱的底部设置滑块，所述滑块上开设有与所述滑轨相适配的滑槽。
进一步地，所述竖直液压缸和所述水平液压缸上均连接有位移传感器。
本实用新型提供的切割岩样的试验装置结构简单紧凑，占用空间小，并且容易操作，该装置可以在回转切割和线性切割两种不同模式下进行岩石切割试验，为研究刀具破岩机理和刀具破岩所需推力和扭矩的匹配关系提供了依据。
附图说明
图1是本实用新型一种优选的切割岩样的试验装置示意图；
图2是图1所示的切割岩样的试验装置的回转切割效果图；
图3是图1所示的切割岩样的试验装置的线性切割效果图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的一个优选实施例进行详细描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示，本实用新型提供了一种切割岩样的试验装置，包括架体1，所述架体1的顶部设置有竖直液压缸2，所述竖直液压缸2的活塞杆朝向所述架体1的底部设置，所述竖直液压缸2的活塞杆上连接有用于切割岩样的刀具3；所述架体1的底部设置有回转切割岩样箱4和线性切割岩样箱5，所述回转切割岩样箱4上连接有用于带动所述回转岩样箱4转动的回转支承；所述线性切割岩样箱5上连接有用于带动所述线性切割岩样箱5的产生水平位移的水平液压缸7。使用时，本实用可以采用双轴伸电机实现回转切割和线性切割的动力共用，所述双伸电机通过减速装置与所述回转支承连接，通过驱动液压泵站驱动所述水平液压缸7。
作为本实用新型的一种优选方案，所述竖直液压缸2的活塞杆的端部设置有刀座8，所述刀具3可拆卸地固定在所述刀座8上，更优选地，所述竖直液压缸2的活塞杆与刀座8采用球铰连接。本领域技术人员应该理解的是，所述竖直液压缸2的活塞杆与刀座8采用球铰连接仅是本实用新型的一种优选方案，本实用新型还可以选择本领域技术人员所公知能够用于连接活塞杆和刀座的其它方式，此处不再赘述。
为了稳定地控制所述刀座8及刀具3的位置，所述架体优选地在所述刀座8的两侧设置有导向柱9，所述刀座8在所述导向柱9相应的位置设置有导向套10，所述导向套10套设在所述导向柱9上，从而使导向套10带动所述刀座8及刀具3沿着所述导向柱10的方向上下移动，避免刀具3出现晃动或偏离等问题。
在上述实施例的基础上，本实用新型还优选地在所述刀座8上设置有用于监测刀具3的三向力传感器，从而在回转切割和线性切割的过程中，所述三向力传感器能够监测刀具3的垂直力、滚动力及侧向力，从而为具体的工程切割提供参考数据。
作为本实用新型的一种优选方案，本实施例的回转支承的外齿圈与回转切割岩样箱4连接，所述回转支承的内圈与所述架体1连接，所述回转支承的外齿圈通过齿轮轴啮合连接驱动电机6。本领域技术人员应该理解的是，上述回转支承与回转切割岩样箱4、架体1及电机6的连接方式仅是本实施例的一种优选方案，本实用新型还可以采用本领域技术人员所公知的适合带动回转切割岩样箱4转动的其它设置方式，此处不再赘述。
本实用新型优选地在所述驱动电机6上还连接转速扭矩传感器，从而通过检测驱动电机的转速及扭矩来获知所述回转切割岩样箱4的在回转切割过程中的转速及扭矩，为具体的工程切割提供参考数据。
作为本实用新型的一种优选方案，所述架体1的底部设置有两根滑轨11，所述线性切割岩样箱5的底部设置滑块，所述滑块上开设有与所述滑轨相适配的滑槽，所述滑轨和所述滑槽适配连接，当所述水平液压缸7拉动所述线性切割岩样箱5运动时，所述滑槽沿着所述滑轨的延伸方向滑动，从而提高了所述线性切割岩样箱5滑动的稳定性。
为了能够实时地监控所述竖直液压缸2和所述水平液压缸7的伸缩距离及范围，本实用新型优选地在所述竖直液压缸2和所述水平液压缸7上连接位移传感器。当然，所述位移传感器仅是本实用新型用于提供所述竖直液压缸2的活塞杆及所述水平液压缸7的活塞杆的伸缩距离的一种优选方案，本领域技术人员可以根据实际的使用条件，选择其它的测定方式，此处不赘述。
采用上述试验装置在回转切割模式下切割时，如图2所示，刀座8上安装刀具3（两把8.5英寸的滚刀，或者安装多把切刀）。先用水平液压缸7将线性切割岩样箱5拉出回转切割范围以外，将岩土试样放入回转切割岩样箱4内；驱动竖直液压缸2使刀座8下降，确保刀具3具有合适的贯入度，然后启动驱动电机6，驱动电机6通过减速器和齿轮轴驱动回转支承17转动，模拟盾构刀具切削岩体的状况，并通过刀座8、竖直液压缸2、驱动电机6上分别安装的三向力传感器、位移传感器及转速扭矩传感器实时获得刀具3的贯入度、切削速度、三向力以及驱动刀具3破岩的推力和扭矩。完成一次切削后，通过调节刀具3在刀座8上的安装位置来改变刀具7的切削半径，实现调节刀间距的目的，通过调节驱动电机6的频率来实现调节转速的目的。
采用上述试验装置在线性切割模式下切割时，如图3所示，先将回转切割岩样箱4拆除，刀座8上安装刀具（17英寸的滚刀），将岩土试样放入线性切割岩土箱5内，驱动竖直液压缸2使刀座8下降，确保刀具3有一个合适的贯入度，然后驱动水平液压缸7回缩，产生水平进给速度，模拟盾构上安装半径较大刀具切削岩体的状态。进给速度可以通过调节液压回路上的液压阀和液压泵的流量来实现；数据的采集、刀间距的调整与前述回转切割模式相同。
综上所述，本装置结构简单、占用空间小，可以模拟盾构刀具在回转切割和线性切割两种不同模式下的岩石切割试验；采用回转切割模拟盾构刀具的工作状况，采用线性切割模拟盾构上安装半径比较大的刀具的工作状况；不仅考虑了刀具破岩过程中贯入度、切削速度及所受的三向力的状况，亦考虑了刀具破岩所需要的推力和扭矩的匹配关系的测试；整个试验直观准确，为研究刀具破岩机理和刀具破岩所需推力和扭矩的匹配关系提供了依据。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种切割岩样的试验装置，其特征在于，包括架体，所述架体的顶部设置有竖直液压缸，所述竖直液压缸的活塞杆朝向所述架体的底部设置，所述竖直液压缸的活塞杆上连接有用于切割岩样的刀具；所述架体的底部设置有回转切割岩样箱和线性切割岩样箱，所述回转切割岩样箱上连接有用于带动所述回转切割岩样箱转动的回转支承；所述线性切割岩样箱上连接有用于带动所述线性切割岩样箱产生水平位移的水平液压缸。
2.根据权利要求1所述的切割岩样的试验装置，其特征在于，所述竖直液压缸的活塞杆的端部设置有刀座，所述刀具固定在所述刀座上。
3.根据权利要求2所述的切割岩样的试验装置，其特征在于，所述竖直液压缸的活塞杆与刀座采用球铰连接。
4.根据权利要求2所述的切割岩样的试验装置，其特征在于，所述架体在所述刀座的两侧设置有导向柱，所述刀座在所述导向柱相应的位置设置有导向套，所述导向套套设在所述导向柱上。
5.根据权利要求2-4任一项所述的切割岩样的试验装置，其特征在于，所述刀座上设置有用于监测刀具的三向力传感器。
6.根据权利要求1所述的切割岩样的试验装置，其特征在于，所述回转支承的外齿圈与回转切割岩样箱连接，所述回转支承的内圈与所述架体连接。
7.根据权利要求6所述的切割岩样的试验装置，其特征在于，所述回转支承的外齿圈通过齿轮轴啮合连接驱动电机。
8.根据权利要求7所述的切割岩样的试验装置，其特征在于，所述驱动电机上还连接有转速扭矩传感器。
9.根据权利要求1所述的切割岩样的试验装置，其特征在于，所述架体的底部设置有两根滑轨，所述线性切割岩样箱的底部设置滑块，所述滑块上开设有与所述滑轨相适配的滑槽。
10.根据权利要求1所述的切割岩样的试验装置，其特征在于，所 述竖直液压缸和所述水平液压缸上均连接有位移传感器。
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