一种超高速岩石破碎滚刀寿命评估试验台的制作方法

本实用新型涉及岩石破碎滚刀试验领域，具体是指一种超高速岩石破碎滚刀寿命评估试验台。

背景技术：

岩石破碎滚刀的主要用途是在开凿山洞、挖矿的大型掘进机上使用，功能是对滚刀施加正垂直于岩石表面的压力和平行于岩石表面的推力，使得滚刀在岩石表面滚动，继而对岩石进行层层的剥离，达到开凿效果。滚刀是掘进机的重要工作部件。在掘进过程中，滚刀的好坏决定了挖掘的效率，所以需要通过试验来获得每种刀具进行寿命、效率等数据，供滚刀生产厂家或者使用单位对不同结构、不同批次的滚刀进行评估。

目前现有的破岩滚刀试验设备，均为开环控制，无论是正压力的控制、切入深度控制和滚切速度控制，准确度均难以保证，并且还无法采集滚刀在岩石上滚切过程中的阻力，使得滚刀刀型的设计没有刀齿模数计算依据，而模数又是决定岩石滚刀寿命和效率的重要参数。若模数过大，滚刀的寿命提高，但是破岩效率却损失严重。若模数过小，岩石滚刀破岩效率提高，但寿命又严重降低。所以要让岩石滚刀的寿命和效率都能兼备，则需要通过计算，根据不同的岩石，对应不同的刀齿模数。

此外，现有的破岩滚刀试验设备不但切入速度较低还无法贴近真实的破岩环境，因为在自然环境中岩石常受到四周或挤压或支承的力，而不是单一的一块岩料，四周未受到支承或挤压，所以在试验过程中刚对滚刀施加正压力在岩石表面时，岩石即向四周破裂，使得试验最终失败或所测得数据没有参考价值。

如何解决上述技术问题成为领域技术人员努力的方向。

技术实现要素：

基于以上问题，本实用新型提供了一种超高速岩石破碎滚刀寿命评估试验台。

为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种超高速岩石破碎滚刀寿命评估试验台，包括试验台及伺服控制系统，试验台包括试验箱及用于驱动试验箱水平移动的水平直线运动机构，试验箱上方安装有升降直线运动机构，升降直线运动机构下端设有滚刀安装架，滚刀安装架与升降直线运动机构间设有用于测量正压力的第一力传感器，水平直线运动机构与试验箱间设有用于测量滚刀在岩石上滚切过程中阻力的第二力传感器，伺服控制系统包括采用闭环控制用于控制水平直线运动机构的水平加载伺服模块、采用闭环控制用于升降水平直线运动机构的垂直加载伺服模块。

作为一种优选的方式，水平直线运动机构包括移动导轨及水平加载伺服油缸，移动导轨上安装有移动平台，试验箱安装在移动平台上，水平加载伺服油缸缸体相对于移动导轨固定，其活塞杆与试验箱连接，第二力传感器安装在水平加载伺服油缸活塞杆与试验箱接触处。

作为一种优选的方式，升降直线运动机构包括升降滑轨及垂直加载伺服油缸，升降滑轨上安装有垂直升降的升降滑座，升降滑座与升降座连接，滚刀安装架安装在升降座上，垂直加载伺服油缸相对于升降滑轨固定，其活塞杆与第一力传感器连接，第一力传感器通过调心球面接触块与升降座连接。

作为一种优选的方式，移动导轨上安装有检测水平移动距离的位移传感器，升降滑轨上安装有检测垂直移动距离的位移传感器。

作为一种优选的方式，试验箱与移动平台通过t型螺栓连接。

作为一种优选的方式，试验箱内壁设有沟槽。

作为一种优选的方式，滚刀安装架与水平直线运动机构连接处设有调心球面接触块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过第一力传感器及第二力传感器分别测得滚切正压力及滚切阻力，为滚刀刀型设计的刀齿模数计算提供有效支撑及依据，保证滚刀使用寿命提高及破岩效率；

(2)本实用新型载荷、位移、变形等数据自动采集，试验曲线由计算机实时显示并自动完成试验数据的处理、存储，同时正压力控制、切入深度控制和滚切速度控制，均采用伺服液压闭环控制，保证控制精度；

(3)本实用新型通过水平加载伺服油缸实现了较大推动力，避免采用电机驱动由于测试材质不同导致伺服电机过载的情况，同时采用移动平台及滑轨机构降低摩擦阻力，避免摩擦阻力给滚切阻力测量带来影响；

(4)本实用新型通过垂直加载伺服油缸实现了较大滚切正压力，避免采用电机驱动由于测试材质不同导致伺服电机过载的情况，同时采用升降滑轨、升降座机构降低摩擦阻力，避免摩擦阻力给滚切正压力测量带来影响，并承载了岩石试样在做水平运动时作用在滚刀上的水平方向的力，保护垂直加载伺服油缸。

附图说明

图1为本实用新型的布置图。

图2为本实用新型试验台的结构示意图。

图3为本实用新型伺服液压站原理图。

图4为本实用新型电液伺服控制系统原理图。

其中，1试验台，101底座，102立柱，103横梁，104垂直加载伺服油缸，105第一力传感器，106调心球面接触块，107滚刀安装架，108试验箱，109移动平台，110移动导轨，111第二力传感器，112水平加载伺服油缸，113升降座，114升降滑轨，115升降滑座，2液压系统，3伺服控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1：

参见图1及图2，一种超高速岩石破碎滚刀寿命评估试验台，包括试验台1，试验台1包括试验箱108，试验箱108主要目的为装载试验样品，可以为方形箱体或圆柱形箱体，本实施例为了方便加工，试验箱108是板式组合的方形箱体。试验箱108与具有水平移动动作的水平直线运动机构连接，目的在于模拟滚刀在岩石表面滚动的切割过程，水平直线运动机构可以采用液压缸、气压缸、滚珠丝杠、齿轮齿条等常见的直线运动机构。此外，试验箱108上方安装有升降直线运动机构，目的在于针对使得滚刀下降插入岩石试样内形成正压力，升降直线运动机构可以采用液压缸、气压缸、滚珠丝杠、齿轮齿条等常见的直线运动机构。为了进行测试滚刀的安装，在升降直线运动机构下端设有滚刀安装架107，滚刀安装架107的刀架安装面为带定位子口的平面，通过各种过渡板连接不同规格的滚刀。值得注意的是，水平直线运动机构、升降直线运动机构可以固定在建筑物上，一般的，为了便于装置的集成一体化，参见图2，本实施例水平直线运动机构安装在底座101上，底座101设有横梁103，横梁103与底座101通过立柱102连接，升降直线运动机构安装在横梁103上，通过底座101、立柱102及横梁103实现了装置一体化的目的。为了测量滚刀在岩石上滚切过程中正压力及阻力，滚刀安装架107与升降直线运动机构间设有用于测量正压力的第一力传感器105，水平直线运动机构与试验箱108间设有用于测量滚刀在岩石上滚切过程中阻力的第二力传感器111，第一力传感器105及第二力传感器111采用常规压力传感器即可。

测试过程：将混凝土灌入试验箱108，并将待测量滚刀安装在滚刀安装架107上，待混凝土凝固后同时驱动水平直线运动机构及升降直线运动机构，升降直线运动机构使滚刀试验箱108内的混凝土，水平直线运动机构使滚刀相对于试验箱108内的混凝土划动形成滚切，最终通过第一力传感器105及第二力传感器111分别测得滚切正压力及滚切阻力，为滚刀刀型设计的刀齿模数计算提供有效支撑及依据。

进一步的，为了保证具有足够的移动压力，水平直线运动机构包括移动导轨110及水平加载伺服油缸112，移动导轨110及水平加载伺服油缸112安装在底座101上，移动导轨110上安装有移动平台109，试验箱108安装在移动平台109上，水平加载伺服油缸112缸体相对于移动导轨110固定，其活塞杆与试验箱108连接，第二力传感器111安装在水平加载伺服油缸112活塞杆与试验箱108接触处。通过水平加载伺服油缸112实现了较大推动力，避免采用电机驱动由于测试材质不同导致伺服电机过载的情况，同时采用移动平台109及滑轨机构降低摩擦阻力，避免摩擦阻力给滚切阻力测量带来影响。

进一步的，为了保证具有足够的滚切正压力，升降直线运动机构包括升降滑轨114及垂直加载伺服油缸104，升降滑轨114安装在立柱102上，垂直加载伺服油缸104安装在横梁103上，升降滑轨114上安装有垂直升降的升降滑座115，升降滑座115与升降座113连接，滚刀安装架107安装在升降座113上，垂直加载伺服油缸104相对于升降滑轨114固定，其活塞杆与第一力传感器105连接，第一力传感器105通过调心球面接触块106与升降座113连接。通过垂直加载伺服油缸104实现了较大滚切正压力，避免采用电机驱动由于测试材质不同导致伺服电机过载的情况，同时采用升降滑轨114、升降座113机构降低摩擦阻力，避免摩擦阻力给滚切正压力测量带来影响，并承载了岩石试样在做水平运动时作用在滚刀上的水平方向的力，保护垂直加载伺服油缸104。

进一步的，为了便于进行移动距离控制，移动导轨110上安装有检测水平移动距离的位移传感器，升降滑轨114上安装有检测垂直移动距离的位移传感器，位移传感器一般采用光栅尺，也可以采用其他常见的电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等位移传感器。

进一步的，试验箱108与移动平台109通过t型螺栓连接，可使试验箱108做y方向的位置调节，使装置更具灵活性。

进一步的，试验箱108内壁设有沟槽，将混凝土在灌入试验箱108后，未凝固的混泥土可流入沟槽，这样待混凝土完全凝固后，即可防止止混凝土与试验箱108内壁相对滑动。

进一步的，滚刀安装架107与水平直线运动机构连接处设有调心球面接触块106，调心球面接触块106使滚刀安装架107传递的力仅能垂直向的传递给第一力传感器105，保证滚切正压力的精准测量。

参见图3，为了方便对采用液压加载方式的实施方式提供动力，本实施例还包括液压站，液压站包括两套独立液压系统2分别对竖向油缸和水平向油缸供油，这样可以消除两油缸同时工作下的相互影响，和一个共用油箱。

伺服液压站有两套独立的液压系统2。

1号液压系统2额定流量230l/min，额定压力31.5mpa，电机功率132kw的液压源用于水平伺服加载油缸供油；液压油经过精密滤油器通过管路进入水平伺服加载油缸电液伺服阀后进入水平伺服加载油缸，从而控制水平伺服加载油缸带动移动平台109做水平移动。

2号液压系统2额定流量20l/min，额定压力31.5mpa，电机功率7.5kw的液压源用于竖向油缸供油。液压油经过精密滤油器通过管路进入垂直向加载伺服油缸电液伺服阀后垂直向加载伺服油缸，从而控制垂直向加载伺服油缸对滚刀施加正压力或滚刀的滚切深度。

液压系统2采用吸油过滤(粗滤)和双级精密过滤，保证液压油清洁度和电液伺服阀工作性能。液压油冷却采用板式水冷却器。如液压源安装在狭小空间内，或试验机在高温季节长时间在高压下工作，建议用户另行安装水冷系统强化冷却效果，以保证液压油温度不会太高(液压系统2最佳工作油温35℃～55℃，短期工作不超过65℃)。

参见图4，本实施例还包括采用闭环控制用于控制水平直线运动机构水平加载伺服模块、采用闭环控制用于升降水平直线运动机构垂直加载伺服模块的伺服控制系统3，

伺服控制系统3主要包括工控机，a/d和d/a转换板，以及电液伺服控制柜。工控机与通过a/d和d/a转换板及串行口与伺服控制柜相通。伺服控制系统实现四路伺服闭环控制，一路是水平向位移控制：通过水平向伺服加载油缸控制模块与水平向电液伺服阀相连，水平向位移传感器通过放大板、a/d板将位移传感器位置信号传至计算机通过软件比较完成水平向油缸位移伺服闭环控制；一路是水平向力控制：通过水平向伺服加载油缸控制模块与水平向电液伺服阀相连，水平向力传感器通过放大板、a/d板将位移传感器位置信号传至计算机通过软件比较完成水平向油缸力的伺服闭环控制；一路是垂直向位移控制：通过垂直向伺服加载油缸控制模块与垂直向电液伺服阀相连，垂直向位移传感器通过放大板、a/d板将位移传感器位置信号传至计算机通过软件比较完成垂直向油缸位移伺服闭环控制；一路是垂直向力控制：通过垂直向伺服加载油缸控制模块与垂直向电液伺服阀相连，垂直向力传感器通过放大板、a/d板将位移传感器位置信号传至计算机通过软件比较完成垂直向油缸力的伺服闭环控制。

如上即为本实用新型的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型人的实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。