一种盾构滚刀试验台的制作方法
【专利摘要】一种盾构滚刀试验台，包括钢模结构体支承装置、钢模结构体、滚刀刀盘、掘进机、拉杆、主顶进装置、数据采集处理系统和液压系统；其中，掘进机通过拉杆与钢模结构体支承装置水平连接，钢模结构体安装固定于钢模结构体支承装置上，滚刀刀盘焊接固定于掘进机的前端且与该钢模结构体相对；主顶进装置连接于掘进机的后端，液压系统连接该主顶进装置并且驱动该主顶进装置推进掘进机进行水平位移，数据采集处理系统采集试验参数并传输至电脑进行分析。本实用新型具有结构简单、性能全面、适应性强、还原度高和实验结果精确的优点，能够在水平和竖直方向上模拟滚刀实际破岩过程，对滚刀进行受力测试。
【专利说明】一种盾构滚刀试验台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种盾构掘进机用试验设备，具体涉及一种用于在水平方向和竖直方向全方位模拟施工现场岩石盾构过程、检测滚刀破岩性能的盾构滚刀试验台，属于建筑机械领域。
【背景技术】
[0002]盾构掘进机是实现破岩、出渣、运输、支护等作业功能的大型隧道掘进装备，其具有安全、快速、高效、对环境破坏小、不受气候影响等特点，因而广泛应用于铁路、水电、公路、地铁和市政等隧道工程。在盾构掘进机刀具设计与研究的工作中，盾构用滚刀的破岩机理、效率与磨损机理是理论基础，同时施工现场的实际施工掘进参数也具有不可或缺的参考意义，因此滚刀试验装置的研发和配置十分重要。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种盾构滚刀试验台，在水平方向和竖直方向上全方位模仿滚刀实际破岩过程，在不同破岩速度和贯入度的条件下对试验中的滚刀进行受力测试，确定滚刀破岩过程中的破岩机理和磨损机理，研究滚刀滚压速度、贯入度、围岩特性、刀具尺寸对刀具受力影响的规律，为刀盘刀具的结构优化和提高效率提供依据，同时通过对现场施工工况的模拟，确定最合理的施工参数。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0005]一种盾构滚刀试验台，其包括:钢模结构体支承装置、钢模结构体、滚刀刀盘、掘进机、拉杆、主顶进装置、数据采集处理系统和液压系统；所述掘进机通过所述拉杆与所述钢模结构体支承装置水平连接，所述钢模结构体安装固定于所述钢模结构体支承装置上，所述滚刀刀盘焊接固定于所述掘进机的前端且与该钢模结构体相对；所述主顶进装置连接于所述掘进机的后端，所述液压系统连接该主顶进装置并且驱动该主顶进装置推进所述掘进机进行水平位移，所述数据采集处理系统采集试验参数并传输至电脑进行分析。
[0006]进一步地，所述的滚刀刀盘包括刀盘结构体、若干滚刀箱和若干滚刀刀具；所述刀盘结构体固定于所述掘进机的前端，所述滚刀箱焊接固定于该刀盘结构体上，所述滚刀刀具 分别安装于该滚刀箱内。
[0007]进一步地，所述的钢模结构体作为所述滚刀刀具切削的试验对象，该钢模结构体包括钢模、多块大块石材、灌浆料和碎石；所述多块大块石材为扇形，其拼接成环形且置于所述钢模的内腔中，各大块石材的块体之间的缝隙由所述碎石和所述灌浆料充填，所述多块大块石材和碎石的无侧限抗压强度值与项目目标石料的无侧限抗压强度值相同。
[0008]进一步地，所述的多块大块石材为由施工现场带回的扇形大石材，所述碎石为由施工现场带回的与所述大块石材材料相同的小块碎石材料。
[0009]进一步地，所述的滚刀刀具的切削运动方向为水平或竖直。
[0010]本实用新型具有如下优点:[0011]1.所述试验台可以进行水平方向和竖直方向的全方位切削试验，试验结果可靠度闻;
[0012]2.结构合理、简单，可调整性强；
[0013]3.适用范围广泛，钢模结构体内可填充任意类型任意强度的软土或岩石，切削对象简单易得；
[0014]4.试验结果精确度高，可直接使用与施工现场环境；
[0015]5.试验快速、可靠，安全系数极高。
[0016]总之，本实用新型具有结构简单、性能全面、适应性强、还原度高和实验结果精确的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的结构示意图。
[0018]图2为本实用新型滚刀刀盘的结构示意图。
[0019]图3为图2的A-A剖视图。
[0020]图4为本实用新型钢模结构体的结构示意图。
[0021]图5为图4的B-B剖面图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0023]请参阅图1，图示盾构滚刀试验台包括钢模结构体支承装置1、钢模结构体2、滚刀刀盘3、掘进机4、拉杆5、主顶进装置6、数据采集处理系统7和液压系统8。
[0024]所述掘进机4通过所述拉杆5与所述钢模结构体支承装置I水平连接。所述钢模结构体2安装固定于所述钢模结构体支承装置I上，作为所述滚刀刀盘3试验切削的对象。所述滚刀刀盘3通过焊接固定安装于所述掘进机4的前端，并且与该钢模结构体2相对。所述主顶进装置6连接于所述掘进机4的后端。所述液压系统8连接该主顶进装置6，并且驱动该主顶进装置6进而推进所述掘进机4进行水平位移。所述数据采集处理系统7采集试验参数并传输至电脑进行分析。
[0025]请结合参阅图2和图3，所述的滚刀刀盘3包括刀盘结构体3.1、若干滚刀箱3.3和若干滚刀刀具3.2。所述刀盘结构体3.1固定于所述掘进机4的前端，于该掘进机4成为一体；所述滚刀箱3.3焊接固定于该刀盘结构体3.1上；各滚刀刀具3.2—一对应地分别安装于各滚刀箱3.3内，其刀刃露出所述滚刀刀盘3的前端，所述的滚刀刀具3.2的切削运动方向为水平或竖直。
[0026]请结合参阅图4和图5，所述的钢模结构体2中填充有石料，作为所述滚刀刀具
3.2切削的试验对象。该钢模结构体2包括钢模2.1、多块大块石材2.2、灌浆料2.3和碎石2.4。所述多块大块石材2.2为扇形，其拼接成环形且置于所述钢模2.1的内腔中，各大块石材2.2的块体之间的缝隙由所述碎石2.4和所述灌浆料2.3充填，所述多块大块石材
2.2和碎石2.4的无侧限抗压强度值与施工项目目标石料的无侧限抗压强度值相同；为了达到这一点，所述多块大块石材2.2可以是由施工现场带回的扇形大石材，所述碎石2.4可以是由施工现场带回的与所述大块石材2.2材料相同的小块碎石材料。[0027]采用本实用新型进行试验的过程说明如下。
[0028]先在钢模2.1内填入碎石2.4及大块石材2.2，在石料间隙内填充高强度粘合灌浆料2.3。灌浆料2.3按照4kg水/25kg灌浆料的比例进行拌制，每次新拌浆液应做好小样，供检测浆料物理性能用。第一次充填灌浆料2.3之前，先在距离砂浆平面18cm处标记好高度线(画在大块石材2.2上)，将多余的碎石2.4填置在间隙处，不高于15cm ;然后灌浆至15cm处。待已注入的灌浆料2.3接近初凝时可开始第二次充填；在相邻大块石材2.2接缝处抹填快干水泥，防止注浆时灌浆料2.3漏出；在石块间充填砂浆至与大块石材2.2上表面相平，直至砂浆完全凝固。待灌浆料2.3灌入7天凝固之后，测量灌浆料2.3材料试块的强度，待强度达到要求后可开始试验。
[0029]这里需要说明的是，上述灌浆料2.3的比例以及两次灌浆高度均可以根据实际所需进行调整，并不局限于上述值。
[0030]所述刀盘结构体3.1经过表面处理，并焊接安装好4个滚刀箱3.3及滚刀刀具
3.2 ;滚刀刀具3.2按照刀具装配图进行安装，应注意安装方向正确，螺栓锁紧。采用行车将滚刀箱3.3吊送至刀盘结构体3.1处，同时刀盘结构体3.1转动至合适位置进行焊接，滚刀箱3.3焊接采用25mm坡口焊，定位按设计方案实施。
[0031]这里需要说明的是，上述滚刀箱3.3的焊接均可以根据实际所需进行调整，并不局限于上述值。
[0032]试验过程分三个工况，正式试验过程分三个工况进行切削。
[0033]第一个工况，采用贯入度较小、低刀盘转速、低的推进速度进行切削，从而考察低速切削的推进参数和破岩效果。
[0034]第二个工况，采用适中的贯入度、较高的刀盘转速、较高的推进速度进行切削，与一般IOOMPa左右硬岩经验较佳贯入度相同。
[0035]第三个工况，采用较大贯入度、适中的刀盘转速、适中的推进速度进行切削，考察更大的贯入度的破岩效果。
[0036]需要指出的是，本实用新型完成试验的同时，将采集监测数据以作分析，以便进行进一步的刀盘设计、现场施工组织设计或施工参数调整。监测主要内容包括:
[0037]I)拌制好的灌浆料强度、比重、凝固时间等物理性质；
[0038]2)灌浆以及推进切削等所需时间；
[0039]3)切削掉落的碎石粒径；
[0040]4)滚刀贯入深度；
[0041]5)盾构机掘进参数,包括:
[0042]A、总推力；
[0043]B、刀盘转速；
[0044]C、推进速度；
[0045]D、刀盘扭矩。
【权利要求】
1.一种盾构滚刀试验台，其特征在于:所述试验台包括:钢模结构体支承装置、钢模结构体、滚刀刀盘、掘进机、拉杆、主顶进装置、数据采集处理系统和液压系统；所述掘进机通过所述拉杆与所述钢模结构体支承装置水平连接，所述钢模结构体安装固定于所述钢模结构体支承装置上，所述滚刀刀盘焊接固定于所述掘进机的前端且与该钢模结构体相对；所述主顶进装置连接于所述掘进机的后端，所述液压系统连接该主顶进装置并且驱动该主顶进装置推进所述掘进机进行水平位移，所述数据采集处理系统采集试验参数并传输至电脑进行分析。
2.根据权利要求1所述的盾构滚刀试验台，其特征在于:所述的滚刀刀盘包括刀盘结构体、若干滚刀箱和若干滚刀刀具；所述刀盘结构体固定于所述掘进机的前端，所述滚刀箱焊接固定于该刀盘结构体上，所述滚刀刀具一一分别安装于该滚刀箱内。
3.根据权利要求2所述的盾构滚刀试验台，其特征在于:所述的钢模结构体作为所述滚刀刀具切削的试验对象，该钢模结构体包括钢模、多块大块石材、灌浆料和碎石；所述多块大块石材为扇形，其拼接成环形且置于所述钢模的内腔中，各大块石材的块体之间的缝隙由所述碎石和所述灌浆料充填，所述多块大块石材和碎石的无侧限抗压强度值与项目目标石料的无侧限抗压强度值相同。
4.根据权利要求1所述的盾构滚刀试验台，其特征在于:所述的多块大块石材为由施工现场带回的扇形大石材，所述碎石为由施工现场带回的与所述大块石材材料相同的小块碎石材料。
5.根据权利要求1或3所述的盾构滚刀试验台，其特征在于:所述的滚刀刀具的切削运动方向为水平或竖直。
【文档编号】G01M13/00GK203658036SQ201320870266
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】李慕涵, 李章林, 庄欠伟, 吴兆宇, 朱敏明, 陆晓华, 杨正, 彭世宝, 何晓, 陈实, 徐天明, 李钦 申请人:上海隧道工程股份有限公司, 上海城建（集团）公司, 上海盾构设计试验研究中心有限公司