一种激光破岩试验台及破岩效果评价方法
阅读说明：本技术 一种激光破岩试验台及破岩效果评价方法 (Laser rock breaking test bed and rock breaking effect evaluation method ) 是由 于庆增 杨兴亚 龙伟漾 郭志凯 于 2019-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种激光破岩试验台及破岩效果评价方法,该试验台包括岩石移动台,岩石移动台带动岩石移动,岩石移动台的上部设有激光器和滚刀切割台。该评价方法：无相对运动状态下,激光对不同种类岩石的破岩效率Y1=W×(1-λ％)ε/SHT；相对运动状态下,激光对不同种类岩石的破岩效率Y2=W×(1-λ％)ε/SHVT；激光与滚刀耦合作用于不同种类岩石下,滚刀受力优化指标：滚刀单独作用在岩石上,破岩指标U1=R1/(K1-K2)；激光与滚刀耦合作用下,破岩指标U2=R2/(K3-K4)；激光与滚刀耦合作用下,滚刀受力变化Q1=(F1-F2)/F1,滚刀耐磨性的变化Q2=(U1-U2)/U1。本发明的有益效果：方案简单,可完成试验单独滚刀作用、单独激光器作用以及激光器和滚刀耦合作用下数据的收集。(The invention provides a laser rock breaking test bed and a rock breaking effect evaluation method. The evaluation method comprises the following steps: the rock breaking efficiency of the laser on different kinds of rocks is Y1= Wx (1-lambda%) epsilon/SHT under the state without relative motion; in the relative motion state, the rock breaking efficiency of the laser on different kinds of rocks is Y2= Wx (1-lambda%). epsilon./SHVT; under the coupling action of laser and hobbing cutter on different types of rocks, the hobbing cutter is stressed to optimize indexes: the hob independently acts on the rock, and the rock breaking index U1= R1/(K1-K2); under the coupling action of the laser and the hob, the rock breaking index U2= R2/(K3-K4); under the coupling action of the laser and the hob, the stress change of the hob is Q1= (F1-F2)/F1, and the wear resistance change of the hob is Q2= (U1-U2)/U1. The invention has the beneficial effects that: the scheme is simple, and the collection of data under the effect of the test independent hob, the effect of the independent laser and the coupling effect of the laser and the hob can be completed.)
技术领域
本发明涉及破岩试验装置，特别是指一种激光破岩试验台及破岩效果评价方法。
背景技术
目前隧道掘进盾构机和硬岩TBM掘进机，主要是依靠盘型滚刀挤压岩石达到破碎岩体的目的，其主要克服的是岩石的抗压强度，针对一般强度的岩层（100MPA以内）其破岩效率尚可，但随着岩石强度的增加，滚刀挤压破岩的效率逐步下降，滚刀异常磨损和更换频率的增加，随之带来盾构掘进效率的降低，掘进成本增加。
近年来新型破岩方式不断出现，激光作为一种高热能的破岩方式，用于TBM辅助破岩，但实际破岩效果有待验证。激光破岩有别于传统的滚刀破岩方式，岩石传统的物理参数单轴抗压强度、抗拉强度、磨蚀性系数等对激光破岩影响很小，激光破岩主要与岩石的化学成分、岩石表面粗糙度及岩石颜色有关。现有技术中的滚刀试验台主要通过测量滚刀受力及磨损状态来对滚刀破岩效果进行评价，不能准确评价滚刀和激光耦合作用下的破岩效果。
发明内容
本发明提出一种激光破岩试验台及破岩效果评价方法，解决新型破岩方式试验阶段评价方法不足的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种激光破岩试验台，包括岩石移动台，其特征在于：所述的岩石移动台带动岩石移动，岩石移动台的上部设有激光器和滚刀切割台，激光器和滚刀切割台对岩石进行破岩作用。
所述的激光器包括基座，基座上设有回转台，回转台上活动铰接有大臂，大臂上活动铰接有小臂，小臂上活动铰接有末端执行器，末端执行器上设有激光发生器。
所述的基座通过回转管节与回转台连接，回转台与大臂之间、大臂与小臂之间、小臂与末端执行器之间通过旋转管节连接。
所述的岩石移动台包括机架，机架上设有滑动平台，滑动平台通过滑动装置在机架上横向运动，滑动平台上设有岩箱，岩箱通过平移装置在滑动平台上纵向运动，岩箱内放置岩石。
所述的滑动装置为推动油缸，推动油缸一端与机架连接，另一端与滑动平台连接。
所述的平装置为平移油缸，平移油缸的一端与滑动平台连接，另一端与岩箱连接。
所述的滚刀切割台包括机身，机身上设有上下活动的滚刀，滚刀上设有压力传感器。
所述的滚刀与调节螺栓螺纹连接，调节螺栓活动设在机身上，调节螺杆的端部设有调节手柄。
所述的机身固定在机架上，机架与机身之间设有支撑架。
一种激光破岩效果评价方法，
1）对于无相对运动状态下，激光对不同种类岩石的破岩效率Y1：调节控制激光器的激光功率W、光斑面积S、作用时间T和作用深度H，获取不同颜色岩石的反射率λ％和岩石表面粗糙度系数ε，破岩效率Y1=W×（1-λ％）ε/SHT；
2）对于相对运动状态下，激光对不同种类岩石的破岩效率Y2：调节控制激光器的激光功率W、光斑面积S、作用时间T和作用深度H，获取不同颜色岩石的反射率λ％和岩石表面粗糙度系数ε，通过岩石移动台调节控制激光器与岩石相对运动速度V，破岩效率Y2=W×（1-λ％）ε/SHVT；
3）对于激光与滚刀耦合作用于不同种类岩石下，滚刀受力优化指标：
①滚刀单独作用在岩石上，破岩指标U1：作用前，获得滚刀重量K1，运动过程中，通过岩石移动台调节控制相对运动距离为L，通过滚刀切割台获得滚刀所受的平均载荷F1和控制滚刀贯入度P，相对运动后，获得滚刀质量K2和形成的岩渣体积R1，破岩指标U1=R1/（K1-K2）；
②激光与滚刀耦合作用下，破岩指标U2：激光器先作用在岩石表面，在岩石表面形成有效切缝和热碎裂，控制作用深度为H与滚刀单独作用时的贯入度P相同，控制岩石移动台使切缝长度与滚刀单独作用时的相对运动距离L相同；然后滚刀沿激光器作用下形成的切缝相对运动，作用前，获得滚刀重量为K3，运动过程中，通过岩石移动台调节控制相对运动距离为L，通过滚刀切割台获得滚刀所受的平均载荷F2和控制滚刀贯入度P，相对运动后，获得滚刀重量K4和形成的岩渣体积R2，破岩指标U2=R2/（K3-K4）；
激光与滚刀耦合作用下，滚刀受力变化Q1=（F1-F2）/F1，滚刀耐磨性的变化Q2=（U1-U2）/U1。
本发明的有益效果：
1）本发明提供的激光破岩试验台，试验台方案简单，试验台可完成试验单独滚刀作用、单独激光器作用以及激光器和滚刀耦合作用下数据的收集。
2）在此试验台上，提出无相对运动状态下激光对不同种类岩石的破岩效率、相对运动状态下激光对不同种类岩石的破岩效率、激光与滚刀耦合作用于不同种类岩石的下滚刀受力优化指标等三种不同测试方案，可进行激光破岩效果评价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明主视图。
图2为本发明侧视图。
图3为本发明俯视图。
图4为本发明耦合破岩示意图。
图中：1-切缝，2-滚刀，3-岩石；101-基座，102-回转台，103-大臂，104-小臂，105-末端执行器，106-激光发生器；201-岩箱，202-平移油缸，204-推动油缸；301-机架，302-机身，304-压力传感器，305-调节螺栓，306-调节手柄，307-支撑架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1~3所示，一种激光破岩试验台，包括激光器、岩石移动台和滚刀切割台。其中岩石移动台带动岩石3移动，岩石移动台的上部设有激光器和滚刀切割台，岩石与激光器、滚刀切割台相对移动进行破岩作用，激光器和滚刀切割台即可单独作用，也可耦合作用。
激光器包括基座101，基座101上设有回转台102，基座101通过回转管节与回转台102连接，回转台能够相对基座水平回转，360度调整回转台的水平方位。回转台102上活动铰接有大臂103，回转台102与大臂103之间通过旋转管节连接，大臂能够相对回转台竖向摆动。大臂103上活动铰接有小臂104，大臂103与小臂104之间通过旋转管节连接，小臂能够相对大臂竖向摆动。小臂104上活动铰接有末端执行器105，小臂104与末端执行器105之间通过旋转管节连接，末端执行器能够相对小臂竖向摆动。末端执行器105上设有激光发生器106，激光发生器产生激光，对岩石进行破岩作用，回转台102、大臂103、小臂104和末端执行器105共同配合，满足多自由度调整。
岩石移动台包括机架301，机架301上设有滑动平台，滑动平台通过滑动装置在机架301上横向运动。滑动装置为推动油缸204，推动油缸204一端与机架301连接，另一端与滑动平台连接，通过推动油缸的伸缩，调整滑动平台的横向位置。滑动平台上设有岩箱201，岩箱201通过平移装置在滑动平台上纵向运动。平装置为平移油缸202，平移油缸202的一端与滑动平台连接，另一端与岩箱201连接，通过平移油缸的伸缩，调整岩箱在滑动平台上的纵向位置。岩箱201内放置岩石3。通过滑动平台和岩箱的横纵移动，能够调整岩石的位置，实现岩石全覆盖面上任意位置的破岩。
滚刀切割台包括机身302，机身302固定在机架301上，机架301与机身302之间设有支撑架307，保证机身在机架上的稳定。机身302上设有上下活动的滚刀2，滚刀2与调节螺栓305螺纹连接，调节螺栓305活动设在机身302上，调节螺杆305的端部设有调节手柄306。通过调节手柄带动调节螺栓305旋转，能够调整滚刀的上下位置。滚刀2上设有压力传感器304，通过压力能够检测滚刀所受的载荷，
如图4所示，一种激光破岩效果评价方法。
1）对于无相对运动状态下，激光对不同种类岩石的破岩效率Y1：调节控制激光器的激光功率W、光斑面积S、作用时间T和作用深度H，获取不同颜色岩石的反射率λ％和岩石表面粗糙度系数ε，破岩效率Y1=W×（1-λ％）ε/SHT；
2）对于相对运动状态下，激光对不同种类岩石的破岩效率Y2：调节控制激光器的激光功率W、光斑面积S、作用时间T和作用深度H，获取不同颜色岩石的反射率λ％和岩石表面粗糙度系数ε，通过岩石移动台调节控制激光器与岩石相对运动速度V，破岩效率Y2=W×（1-λ％）ε/SHVT；
3）对于激光与滚刀耦合作用于不同种类岩石下，滚刀受力优化指标：
①滚刀单独作用在岩石上，破岩指标U1：作用前，获得滚刀重量K1，运动过程中，通过岩石移动台调节控制相对运动距离为L，通过滚刀切割台获得滚刀所受的平均载荷F1和控制滚刀贯入度P，相对运动后，获得滚刀质量K2和形成的岩渣体积R1，破岩指标U1=R1/（K1-K2）；
②激光与滚刀耦合作用下，破岩指标U2：激光器先作用在岩石表面，在岩石表面形成有效切缝和热碎裂，控制作用深度为H与滚刀单独作用时的贯入度P相同，控制岩石移动台使切缝长度与滚刀单独作用时的相对运动距离L相同；然后滚刀沿激光器作用下形成的切缝1相对运动，作用前，获得滚刀重量为K3，运动过程中，通过岩石移动台调节控制相对运动距离为L，通过滚刀切割台获得滚刀所受的平均载荷F2和控制滚刀贯入度P，相对运动后，获得滚刀重量K4和形成的岩渣体积R2，破岩指标U2=R2/（K3-K4）；
激光与滚刀耦合作用下，滚刀受力变化Q1=（F1-F2）/F1，滚刀耐磨性的变化Q2=（U1-U2）/U1。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。