本实用新型涉及一种实验平台，尤其设计一种用于滚刀磨损测试及耐磨性研究的滚刀磨损测试实验平台。
背景技术：
盾构/TBM作为地下工程的重要施工装备，在隧道建设方面发挥着越来越重要的作用，滚刀是盾构/TBM刀盘关键零部件，直接与岩层相互作用，其耐磨性直接影响盾构/TBM的掘进效率。目前，由于缺乏相关耐磨性测试平台及方法，滚刀耐磨性能差异较大，质量参差不齐，造成盾构/TBM施工中刀盘刀具的非正常磨损，不利于施工风险控制和成本管理，同时也造成社会资源浪费。
现阶段对滚刀磨损测试的主要技术在于快速准确的判定磨损的程度和抗磨损的能力，比如以公开的中国专利文献中，申请号为CN201420622106.0的，名为一种测量TBM滚刀磨损量用电涡流传感器的自动标定装置，就公开了一种将电涡流传感器输出信号和位移传感器输出信号相结合以模拟计算滚刀磨损的电子测量装置。
但是现有技术中，仍旧存在如下的不足之处，比如：1.多应用于对已磨损滚刀的测量，测量结果有滞后性；2.测量误差大，结果不够准确；3.各滚刀间难以做到测试条件相同，测试条件不同的情况下对结果的判定亦存在误差，对具体工程刀具选择指导性不强。
技术实现要素：
本实用新型的目的就是为了解决现有技术中测量结果有滞后性、工程指导性不强和测量误差大的问题。
本实用新型的具体方案是：
设计一种滚刀磨损测试实验平台，平台上安装有磨料箱和传动装置，所述传动装置的输出端安装有夹装滚刀刀圈的夹装元件，使所述滚刀刀圈处于所述磨料箱的上方；所述夹装元件包括两侧刀轴支座，其一侧固定在传动装置的输出端，另一侧固定在磨料箱上，刀毂的外圈与所述滚刀刀圈相配合，刀毂的内圈与所述刀轴支座相配合；在所述传动装置上还安装有传感器支架，所述传感器支架上、对应滚刀刀圈的外侧，安装有涡流传感器元件。
优选的，所述传动装置包括安装于电机输出端的减速机和联轴器，所述联轴器的一端与减速机相连，另一端连接刀轴支座，所述联轴器上还套装有转速扭矩传感器。
优选的，所述传感器支架包括L形支架和安装在L形支架上的半圆状弧形架，在所述半圆状弧形架内侧的两端和定点处各安装有传感器，所述半圆状弧形架与所述刀轴支座同轴。
优选的，所述转速扭矩传感器连接有无线传输模块以传递信息至计算机。
优选的，所述磨料箱还连接有带动其沿实验平台升降的升降机构。所述升降机构包括电机带动的丝杠，所述丝杠与所述磨料箱配合安装。
优选的，所述动力源为变频电机。所述实验平台基座采用钢板焊接而成。滚刀刀圈与刀毂之间采用过盈配合装配。
本实用新型还涉及一种用于滚刀磨损测试及评价方法，使用上述滚刀磨损测试实验平台，包括如下步骤：
（1）分组并安装：将预测量5个刀圈进行编号，逐个安装进与其相匹配的刀毂内，形成测量件1、测量件2、测量件3、测量件4、测量件5；
（2）模拟磨损现场：逐次将所述步骤（1）中的测量件1、测量件2、测量件3、测量件4、测量件5先后各安装在所述传动装置上，测量件1、测量件2、测量件3、测量件4、测量件5的边缘与磨料箱内磨料相切，模拟磨损现场，形成磨损测量件1、磨损测量件2、磨损测量件3、磨损测量件4、磨损测量件5；
（3）测量和评价：在进行步骤（2）的同时，对对应的磨损测量件的边缘进行测量，设定磨损测试时间为t，刀圈转速为n1 ，刀圈周边设置电涡流传感器，读取磨损测试后的电涡流传感器的数值，每个传感器测量5个数据取平均值，记为h1 ，则在测试时间t 内，刀圈转速为n1 的条件下，刀圈的磨损量Δhn= h1- h0 ，平均磨损速率ωn =Δhn,/t，通过上述步骤依次得到五种编号的刀圈在测试时间t 内，刀圈转速为n1 的条件下的平均磨损速率ωA 、ωB 、ωC 、ωD 、ωE，并依据ωA 、ωB 、ωC 、ωD 、ωE，进行耐磨性评价，所述其中刀圈转速0～100r/min之间，ｔ小于20分钟。
所述磨料箱内的磨料包括聚氨酯、白刚玉、棕刚玉、碳化硅中的至少任两种材料。
本实用新型的有益效果在于：
在具体的使用中，利用电涡流传感器测量一定时间段内，刀圈磨损前后其表面与传感器探头之间的距离变化情况，来测量刀圈的磨损量，计算刀圈的磨损速率，通过变换不同的转速，测试不同转速下的磨损速率。通过更换不同尺寸的刀圈，以实现测试当前常见的滚刀刀圈的磨损速率，通过比较不同刀圈产品的磨损速率，来评价其耐磨性；
通过变换刀圈的制造工艺、材质、刀圈截面形状，可分别研究上述因素对刀圈耐磨性的影响，能够通过更换不同尺寸、不同工艺材质制造的刀圈，从刀圈尺寸、制造工艺、材质等方面开展刀圈的耐磨性测试与研究，为如何提高刀圈耐磨性提供方向，同时为测试不同刀圈的耐磨性提供实验平台，为盾构/TBM刀具选配提供技术保障。该实验平台结构简洁，操作方便；
磨料箱安装在实验平台上，可以在模拟工作环境切削的基础上同时进行测量，将磨损测试与评价做到有效的结合，做到实时检测，杜绝了测量结果的滞后性，提高测量精度；
同时，磨料箱设计为升降式的磨料箱，使其与滚刀刀圈始终处于接触状态，以适应不同直径的刀圈，调节难度低；
滚刀刀圈与刀毂之间采用过盈配合装配，装配结构稳定；
本实用新型中，采用变频减速电机，通过调节变频电机的转速来调整刀圈的旋转速度，并做到无级变速，以达到不同的测试速度，得以测量各受力条件下产品的性能，实验室基台底座采用钢板焊接而成，可以提高实验设备整体的稳定性。
附图说明
图1是本实用新型结构的主视图；
图2是本实用新型结构的俯视图；
图中各部件名称：1.变频电机；2.减速机；3.联轴器；4.转速扭矩传感器；5.传感器支架；6. 电涡流传感器；7.滚刀刀圈；8.刀毂；9.刀轴支座；10.磨蚀材料；11.磨料箱；12.实验平台；61.顶部传感器；62.前端传感器；63.后端传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
一种滚刀磨损测试实验平台，参见图1至图2，平台上安装有磨料箱11和传动装置，传动装置的输出端安装有夹装滚刀刀圈7的夹装元件，使滚刀刀圈7处于磨料箱11的上方；夹装元件包括两侧刀轴支座9，其一侧固定在传动装置的输出端，另一侧固定在磨料箱11上，刀毂8的外圈与滚刀刀圈7相配合，刀毂8的内圈与刀轴支座9相配合；在传动装置上还安装有传感器支架5，传感器支架5上、对应滚刀刀圈7的外侧，安装有涡流传感器元件。
传动装置包括安装于电机输出端的减速机2和联轴器3，联轴器3的一端与减速机2相连，另一端连接刀轴支座9，联轴器3上还套装有转速扭矩传感器4。
传感器支架5包括L形支架和安装在L形支架上的半圆状弧形架，在半圆状弧形架内侧的两端和定点处各安装有传感器，半圆状弧形架与刀轴支座9同轴。
转速扭矩传感器4连接有无线传输模块以传递信息至计算机。
磨料箱11还连接有带动其沿实验平台12升降的升降机构。升降机构包括电机带动的丝杠，丝杠与磨料箱11配合安装。
动力源为变频电机。实验平台基座采用钢板焊接而成。
实验平台基座采用钢板焊接而成，确保基座有足够的强度和刚度来满足实验需求。平台采用计算机控制，利用计算机一方面读取转速扭矩传感器4的数据，另一方面也可设定转速目标值，使刀圈达到所需的转速；利用电涡流传感器测量其与滚刀刀圈7表面之间的距离在磨损前后的变化量，来说明刀圈的磨损量。
实验平台12包括变频电机1，减速机2，联轴器3，转速扭矩传感器4，电涡流传感器，滚刀刀圈7，刀毂8，磨蚀材料10，材料箱，实验平台12基座，传感器支架5，刀轴支座9；其中变频电机1，减速机2，传感器支架5，刀轴支座9，材料箱都安装在实验平台12基座上；变频电机1连接减速机2；减速机2通过联轴器3与刀毂8连接；滚刀刀圈7连接刀毂8，刀毂8连接刀轴支座9；转速扭矩传感器4连接联轴器3，电涡流传感器安装在传感器支架5上；标准模式材料安装在材料箱中；平台采用计算机控制。的电涡流传感器有3个，且间隔90°并通过传感器支架5布置在滚刀刀圈7上部空间；滚刀刀圈7与刀毂8之间采用过盈配合装配；刀毂8与刀轴支座9之间安装有滚动轴承；的材料箱可以通过滚珠丝杠在竖向方向调节其与刀圈的距离，使其与滚刀刀圈7始终处于接触状态；三个传感器均有独立的数据通道将数据传至采集卡，并在计算机上独立显示；传感器支架5为半圆环形，且通过螺栓与实验平台12基座连接的刀毂8，其数量有多个，外形类似，其刀轴尺寸一样，仅刀毂8直径不同，以适应不同尺寸刀圈。
本实用新型中，动力源为变频电机1，通过调节变频电机1的转速来调整刀圈的旋转速度，并做到无级变速，以达到不同的测试速度；利用电涡流传感器测量一定时间段内，刀圈磨损前后其表面与传感器探头之间的距离变化情况，来测量刀圈的磨损量，计算刀圈的磨损速率，通过变换不同的转速，测试不同转速下的磨损速率。通过更换不同尺寸的刀圈，以实现测试当前常见的滚刀刀圈7的磨损速率，通过比较不同刀圈产品的磨损速率，来评价其耐磨性；通过变换刀圈的制造工艺、材质、刀圈截面形状，可分别研究上述因素对刀圈耐磨性的影响。
本实用新型还涉及一种用于滚刀磨损测试及评价方法，使用上述滚刀磨损测试实验平台，包括如下步骤：
（1）分组并安装：将预测量5个刀圈进行编号，逐个安装进与其相匹配的刀毂内，形成测量件1、测量件2、测量件3、测量件4、测量件5；
（2）模拟磨损现场：逐次将所述步骤（1）中的测量件1、测量件2、测量件3、测量件4、测量件5先后各安装在所述传动装置上，测量件1、测量件2、测量件3、测量件4、测量件5的边缘与磨料箱内磨料相切，模拟磨损现场，形成磨损测量件1、磨损测量件2、磨损测量件3、磨损测量件4、磨损测量件5；
（3）测量和评价：在进行步骤（2）的同时，对对应的磨损测量件的边缘进行测量，设定磨损测试时间为t，刀圈转速为n1 ，刀圈周边设置电涡流传感器，读取磨损测试后的电涡流传感器的数值，每个传感器测量5个数据取平均值，记为h1 ，则在测试时间t 内，刀圈转速为n1 的条件下，刀圈的磨损量Δhn= h1- h0 ，平均磨损速率ωn =Δhn,/t，通过上述步骤依次得到五种编号的刀圈在测试时间t 内，刀圈转速为n1 的条件下的平均磨损速率ωA 、ωB 、ωC 、ωD 、ωE，并依据ωA 、ωB 、ωC 、ωD 、ωE，进行耐磨性评价，所述其中刀圈转速0～100r/min之间，ｔ小于20分钟。
所述磨料箱内的磨料包括聚氨酯、白刚玉、棕刚玉、碳化硅中的至少任两种材料。
工作过程中的实施步骤：
假设要评价比较5种直径17英寸，由不同厂家生产的滚刀刀圈7的耐磨性，具体步骤如下：
步骤一：对5种刀圈进行编号，分别标记为A、B、C、D、E；
步骤二：分别将A、B、C、D、E号5个刀圈安装到对应的刀毂8上，并将装好A号刀圈的刀毂8安装到实验平台12上；
步骤三：将刀圈转速设为n1 测量在当前转速下A号刀圈空转时电涡流传感器的数值，每个传感器测量5个数据取平均值，记为h0 ；
步骤四：安装磨蚀材料10，使滚刀刀圈7与磨蚀材料10相接触，设定磨损测试时间为t，刀圈转速为n1 ，读取磨损测试后的电涡流传感器的数值，每个传感器测量5个数据取平均值，记为h1 ，则在测试时间t 内，刀圈转速为n1 的条件下，A号刀圈的磨损量ΔhA= h1- h0 ，平均磨损速率ωA = ；
步骤五：重复步骤二、步骤三、步骤四，每次测试均更换磨损材料，依次得到五种编号的刀圈在测试时间t 内，刀圈转速为n1 的条件下的平均磨损速率ωA 、ωB 、ωC 、ωD 、ωE ；
步骤六：比较ωA 、ωB 、ωC 、ωD 、ωE 之间的大小，即可评价5种刀圈的耐磨性。
实验数据表格见表1
表1 测试数据记录表
上表中，列取2组实验装置，在设计5组刀圈比较时，依次再测量填写编号C、D、E的数据，从而进行比较与评测。
最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。