一种可变换开口率及刀具型式的模型试验刀盘装置
技术领域
本实用新型涉及盾构机刀盘技术领域，尤其涉及一种可变换开口率及刀具型式的模型试验刀盘装置。
背景技术
随着城市地下空间的开发与利用，盾构施工技术以其对周围环境影响小、安全可靠和施工速度快等优点而越来越多地应用于隧洞工程中。在设计时，刀盘刀具选型和配置是一项重要的工作内容，直接影响着掘进效率以及施工安全。
盾构机的刀盘开口率是刀盘设计时考虑的重要因素之一，刀盘开口率是指刀盘开口区域面积与刀盘总面积的比值。刀盘开口率的大小需要适应盾构机的刀具配置与土仓压力，因此，合适的刀盘开口率有利于维持开挖面的稳定，同时也能保证盾构的顺利掘进。盾构机的刀盘开口率的选择主要根据盾构机的种类、地质条件的不同参考类似工程的经验决定。
刀具是盾构机的重要部件，盾构施工时，刀盘带动刀具旋转，对掌子面土体进行切削以达到土体开挖的目的。根据掌子面地层的不同强度和地质特点，以及刀具在不同地层的破岩和切削机理，设计和选择合适的刀具组合。
目前，随着盾构技术的不断进步，关于刀盘刀具选型和配置进行了大量的研究，极大地推动了盾构技术的发展。但与此同时，在一些盾构机的模型试验上，改变刀盘开口率的方法一般都是通过焊接钢板的形式来实现，费时费料，效率低下；刀具也多是直接焊接在刀盘上，无法更换。
实用新型内容
本实用新型提供了一种可变换开口率及刀具型式的模型试验刀盘装置，以克服现有技术的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。
本实用新型提供了如下方案：
一种可变换开口率及刀具型式的模型试验刀盘装置，包括：中心圆板、刀盘辐条、刀盘环架和可装卸面板；
所述的中心圆板与刀盘环架通过四根刀盘辐条焊接在一起，所述的四根刀盘辐条成十字形布置，所述的可装卸面板使用螺栓与中心圆板和刀盘环架连接，在所述中心圆板的背面焊接刀盘连接座，该刀盘连接座与模型盾构机的驱动装置相连；在中心圆板的正面预留螺栓孔，在该螺栓孔上安装中心刀具；
通过改变可装卸面板的圆心角来改变可装卸面板的面积，来改变刀盘开口区域面积与刀盘总面积的比值，进而改变刀盘的开口率。
优选地，所述中心刀具焊接在中心刀座上，所述中心刀座与中心圆板通过螺栓相连。
优选地，在所述中心圆板的正面靠近边缘处每隔90°预留一个螺栓孔，共四个螺栓孔，在该四个螺栓孔上安装可装卸面板。
优选地，在所述刀盘辐条的侧面沿其长边均匀布置多个贯穿的螺栓孔，在该螺栓孔上安装切削刀具。
优选地，所述刀盘环架的宽度为3cm左右，在所述刀盘环架上每隔90°预留一组螺栓孔，每组螺栓孔为三个，总计十二个螺栓孔。
优选地，所述可装卸面板为薄钢板，为扇面形状，外边缘为弧线，内边缘为直线，在所述可装卸面板上的与刀盘环架和中心圆板预留螺栓孔对应的位置开孔安装螺栓，通过该螺栓可装卸面板4与刀盘主体结构连接为一体。
优选地，在可装卸面板上设置滚刀刀座，在所述滚刀刀座上安装滚刀。
由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例的装置可以根据试验要求自由调整刀盘开口率和刀具型式及刀具组合，装置简单，操作方便，可研究不同刀盘开口率、不同刀具型式及不同刀具组合对盾构掘进的影响，并对合理的刀盘刀具配置提出建议。
本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的刀盘装置的正面示意图。
图2是本实用新型实施例提供的侧面示意图。
图中，1-中心圆板，2-刀盘辐条，3-刀盘环架，4-可装卸面板，5-刀盘连接座，6-中心刀螺栓孔，7-中心刀，8-中心刀座，9、11-可装卸面板安装螺栓孔，10-切削类刀具。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
本实用新型实施例通过模型试验对不同刀盘开口率与不同刀具型式及组合进行研究，以期对设计工作提供一定的参考有很大的实施意义。
本实用新型实施例提供的一种可变换开口率及安装刀具型式的模型试验刀盘装置的正面结构示意图如图1所示，侧面结构示意图如图2所示，包括：中心圆板1、刀盘辐条2、刀盘环架3、可装卸面板4、刀盘连接座5、中心刀螺栓孔6、中心刀具7、中心刀座8、可装卸面板安装螺栓孔9、11和切削类刀具10。
中心圆板1与刀盘环架3通过四根刀盘辐条2焊接在一起，四根刀盘辐条2成十字形布置，可装卸面板4使用螺栓与中心圆板1、刀盘环架3连接。
在中心圆板1背面焊接刀盘连接座5，该刀盘连接座5与模型盾构机驱动装置相连。
在中心圆板1正面预留螺栓孔6，在螺栓孔6上安装中心刀具7，该中心刀具7可以为中心鱼尾刀7等。中心刀具7焊接在中心刀座8上，中心刀座8与中心圆板1通过螺栓相连，实现中心刀具7的安装与更换。
在中心圆板1的正面靠近边缘处每隔90°预留一个螺栓孔9，共四个，在该四个螺栓孔9上安装可装卸面板4。
在刀盘辐条2侧面沿其长边均匀布置几个贯穿的螺栓孔，在该螺栓孔上安装切削类刀具10，如需要安装滚刀，可适量增加可装卸面板4的厚度，在可装卸面板4上开设滚刀刀座，为滚刀提供安装位置，利用滚刀刀座来安装滚刀。
所述切削类刀具及滚刀均可根据试验需求改变其倒角、刃角和刃宽形状参数及刀具的硬度。
刀盘环架3的宽度为3cm左右，在刀盘环架3上每隔90°预留一组螺栓孔11，每组螺栓孔11为三个，总计十二个螺栓孔11，该螺栓孔用于可装卸面板的安装。
可装卸面板4为一薄钢板，形状类似于扇面形，外边缘为弧线，内边缘为直线，在与刀盘环架3和中心圆板1预留螺栓孔对应的位置开孔安装螺栓，通过该螺栓可装卸面板4与刀盘主体结构连接为一体。
本实用新型装置中可装卸面板的圆心角α与刀盘开口率ε之间的换算关系如下：
其中，R为刀盘环架外径，R’为刀盘环架内径，r为中心圆板直径，t为刀盘辐条宽度。
可装卸面板4可根据需要按照上述式(1)计算，改变可装卸面板4的面积可改变刀盘开口区域面积与刀盘总面积的比值，以达到改变刀盘开口率的目的。在实际应用中，提前制作具有不同圆心角α的多个可装卸面板，具有不同圆心角的可装卸面板面积也不同，通过更换具有不同圆心角α的可装卸面板4改变开口区域的面积，进而改变刀盘开口率。
综上所述，本实用新型实施例为模型盾构机试验提供一种可变换开口率及刀具型式的模型试验刀盘装置，从而可以根据试验需求自由调整刀盘开口率和刀具型式及刀具组合，装置简单，操作方便，作为对相关理论研究工作的补充，对刀盘刀具选型和配置具有积极意义。
本实用新型的装置可按实际需要安装不同类型和型式的刀具；可装卸面板使用螺栓与中心圆板和刀盘环架连接，通过改变面板的面积可实现对不同刀盘开口率的模拟。该装置可研究不同刀盘开口率、不同刀具型式及不同刀具组合对盾构掘进的影响，并对合理的刀盘刀具配置提出建议。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
