一种基于截割刀具试验台的自动截割试验方法

技术领域

本发明涉及采掘设备试验技术领域，特别是涉及一种基于截割刀具试验台的自动截割试验方法。

背景技术

随着我国煤矿井下开采的深入推进，全岩巷道所占比重急剧增加，对采掘装备的破岩性能也提出了更高要求。目前用于长距离、高埋深硬岩隧道和全岩巷道掘进作业的截割刀具主要是滚刀和截齿，其性能优劣以及相关参数匹配的合理性都直接影响着破岩效率和安全性能。相关技术中，针对采掘设备的截割刀具的性能测试试验方式较多，但目前用于进行试验测试的设备种类和类型，较为繁杂，测试的过程不够智能，自动化不足，试验效率低下，精准程度不足。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种基于截割刀具试验台的自动截割试验方法，由竖向驱动机构、纵向驱动机构以及横向驱动机构全程控制完成截割，自动化和智能化高，可显著提高实验效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明公开了一种基于截割刀具试验台的自动截割试验方法，截割刀具试验台包括截割刀具、多方向移动单元以及用于装载截割试块的岩体装载单元，所述截割刀具包括旋转刀体，所述旋转刀体位于所述岩体装载单元的上方，所述旋转刀体的自转轴沿水平横向布置，所述多方向移动单元包括分别用于驱使所述装载容器和所述旋转刀体相对竖直方向、水平纵向以及水平横向移动的竖向驱动机构、纵向驱动机构以及横向驱动机构，包括以下步骤：

S1、装样：将截割试块装入岩体装载单元上；

S2、对刀：所述旋转刀体和所述岩体装载单元在竖向驱动机构、纵向驱动机构以及横向驱动机构驱动下，由初始位置进行竖向、纵向以及横向的相对移动，使所述旋转刀体与所述截割试块的顶面接触，并记录竖向移动数值，作为初始截割数值，驱使所述旋转刀体和所述岩体装载单元在竖向上相互脱离，完成对刀；

S3、截割：确定截割试块的破岩宽度和破岩深度，将截割试块分成若干层和若干行，驱使所述旋转刀体和所述岩体装载单元纵向和横向的相对移动，使所述旋转刀体位于第一层第一行的起始端，在初始截割数值基础上加上破岩深度，驱使所述旋转刀体和所述岩体装载单元相对竖向移动，然后所述旋转刀体和所述岩体装载单元沿第一层第一行相对纵向移动开始截割，直至完成第一层第一行的破岩；所述旋转刀体和所述岩体装载单元在竖向上相互脱离，所述旋转刀体和所述岩体装载单元横向相对移动，使所述旋转刀体位于第一层第二行的端部，参考第一层第一行的截割过程，完成第一层第二行的截割；以此类推直至完成第一层的截割，然后根据预设层数，参考第一层的截割过程，完成剩余层数的截割，完成试验。

优选地，截割刀具试验台还包括供截割刀具安装的刀具安装单元，步骤S1之前还包括步骤S0，装刀：将所述旋转刀体安装到所述截割刀具上，然后将所述截割刀具安装在吊装小车上，再通过吊装小车将所述截割刀具吊装到刀具安装单元上。

优选地，步骤S0中，将所述旋转刀体安装到所述截割刀具上之前，需检查油路，如所述旋转刀体为截齿滚筒，则将油路手柄切换到旋割油路，如所述旋转刀体为滚刀，则将油路手柄切换到滚刀油路。

优选地，所述刀具安装单元包括用于安装所述截割刀具的刀具安装座。

优选地，步骤S3中，若所述旋转刀体为截割滚筒时，截割过程中，由所截割行的起始端截割至末尾端后，横移至相邻行的起始端；若所述旋转刀体为滚刀时，截割过程中，需由所截割行的起始端至末尾端至少往复截割一次，才可相对横移至相邻行。

优选地，步骤S3中，若所述旋转刀体为截割滚筒时，截割过程中，所述旋转刀体以恒定速度相对纵向移动；若所述旋转刀体为滚刀时，截割过程中，往复纵向行程中均包括开始阶段、中间阶段和末尾阶段，开始阶段的速度逐渐增加，中间阶段的速度保持恒定，末尾阶段的速度逐渐降低。

优选地，截割刀具试验台还包括信息采集单元，步骤S3中，在截割过程中，所述信息采集单元实时测量和显示竖向截割压力、截割深度、截割间距、旋转刀体扭矩、旋转刀体转速、水平纵向力、水平横向力、竖向位置数值、水平横向位置数值以及水平纵向位置数值。

优选地，步骤S3中，竖向驱动机构驱动所述截割刀具竖向移动，纵向驱动机构驱动所述岩体装载单元水平纵向移动，横向驱动机构驱动所述截割刀具水平横向移动。

优选地，还包括位于步骤S3之后的步骤S4，拆样：所述旋转刀体和所述岩体装载单元回到初始位置，将所述岩体装载单元上的剩余截割试块拆除并清理。

优选地，所述截割刀具试验台采用控制系统控制，所述控制系统包括硬件配置和软件配置，所述硬件配置包括PC机和打印机，所述软件配置包括安装在PC机内的控制软件，所述控制软件包括欢迎界面、主窗口、快捷操作按钮、数据显示板、曲线板以及试验控制板。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本发明的基于截割刀具试验台的自动截割试验方法中，由竖向驱动机构、纵向驱动机构以及横向驱动机构全程控制完成截割，自动化和智能化高，可显著提高实验效率，截割试验方法通过将截割试块由上至下分成若干层，若干行，然后沿每层每行依次进行截割，与真实工况相契合，能够较好的模拟真实截割工况，可有效对截割刀具的截割性能和安全性能进行研究，为截割设备的优化设计和性能改良提供了实验和数据支持，同时分行和分层也可以最大化的利用截割试块来进行不同参数的截割试验，让截割试块利用的更充分，以得到更多的试验参数来为煤矿机械的截割机构设计奠定技术基础和参考，分层也能够让截割试块利用的更充分。

2.本发明的基于截割刀具试验台的自动截割试验方法中，通过使得截割刀具和截割试块之间相对横向、竖向以及纵向移动，从而实现对对截割工序的模拟，模拟过程能够更加与真实工况相契合，从而可以保证试验的有效性。

3.本发明的基于截割刀具试验台的自动截割试验方法中，截割刀具试验台还包括信息采集单元，可在截割过程中，信息采集单元实时测量和显示竖向截割压力、截割深度、截割间距、旋转刀体扭矩、旋转刀体转速、水平纵向力、水平横向力、竖向位置数值、水平横向位置数值以及水平纵向位置数值，提供控制精度和控制自动化程度。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为截割刀具试验台的立体结构示意图；图2为截割刀具试验台的结构示意图；图3为截割刀具试验台的前视图；图4为截割刀具试验台的俯视图；

图5为竖向驱动机构和横向驱动机构的结构示意图；图6为横向驱动机构和截割刀具的仰视立体结构示意图；图7为升降平台的俯视图；图8为纵向驱动机构的立体结构示意图；图9为纵向驱动机构的左视图；图10为横向驱动机构的仰视图；图11为竖向驱动机构的结构示意图；图12为纵向驱动机构的后视图；图13为试件箱的右视图；图14为试件箱的俯视图；图15为截割刀具的后视图；图16为截割刀具的左视图；图17为滚筒式截割刀具的右视图；图18为滚刀式截割刀具的右视图。

附图标记说明：100、截割刀具试验台；200、截割刀具；1、支撑底座；2、承载台；3、支撑立柱；4、升降平台；5、竖向驱动机构；6、纵向驱动机构；7、工作平台；8、横向驱动机构；9、刀具安装座；10、试件箱；11、支撑架；12、纵向滑轨；13、加强板；14、地脚螺栓；21、吊耳；31、竖向滑轨；41、第一配合部；42、第二配合部；43、装配槽；51、竖向载荷传感器；52、球面调心构件；71、纵向滑块；72、遮挡件；81、横向马达；82、横向丝杠；83、横向滑轨；84、横向位移传感器；101、环形箱部；102、吊装件；201、第一刀架；202、转动机构；203、第二刀架；204、旋转刀体；205、第一联轴器；206、第二联轴器；207、扭矩传感器；208、过渡板。

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单元实施例，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做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。

实施例1

本实施例提供了一种基于截割刀具试验台的自动截割试验方法，如图1至图18所示：其中截割刀具试验台包括：截割刀具200、多方向移动单元以及用于装载截割试块的岩体装载单元。截割刀具200包括旋转刀体204，旋转刀体204位于岩体装载单元的上方，旋转刀体204的自转轴沿水平横向布置。多方向移动单元包括竖向驱动机构、纵向驱动机构以及横向驱动机构，分别用于驱使岩体装载单元和旋转刀体204相对竖直方向、水平纵向以及水平横向移动。截割试块根据实验所要模拟工况设置相似或等同岩体性质的试块，如岩石块、煤块等等。其中自动截割试验方法包括以下步骤：

S1、装样：将截割试块装入岩体装载单元上，岩体装载单元可采用试件盒或者试件箱10之类的，顶部需留有开口，方便旋转刀体204对截割试块的截割；

S2、对刀：旋转刀体204和岩体装载单元在竖向驱动机构、纵向驱动机构以及横向驱动机构驱动下，由初始位置进行竖向、纵向以及横向的相对移动，使所述旋转刀体与所述截割试块的顶面接触，记录此时竖向移动数值，作为初始截割数值，驱使旋转刀体204和岩体装载单元在竖向上相互脱离，完成对刀；

S3、截割：确定截割试块的破岩宽度和破岩深度，将截割试块分成若干层和若干行，驱使旋转刀体204和岩体装载单元纵向和横向的相对移动，使所述旋转刀体位于第一层第一行的起始端，然后在初始截割数值基础上加上破岩深度，驱使旋转刀体204和岩体装载单元相对竖向移动，旋转刀体204和岩体装载单元沿第一层第一行相对纵向移动开始截割，直至完成第一层第一行的破岩；旋转刀体204和岩体装载单元在竖向上相互脱离，旋转刀体204和岩体装载单元横向相对移动，使旋转刀体204位于第一层第二行的端部，参考第一层第一行的截割过程，完成第一层第二行的截割；以此类推直至完成第一层的截割，然后根据预设层数，参考第一层的截割过程，完成剩余层数的截割，完成试验。

本自动截割试验方法，由竖向驱动机构、纵向驱动机构以及横向驱动机构全程控制完成截割，自动化和智能化高，可显著提高实验效率。截割方式分为滚压截割和旋切截割两种模式，需采用对应类型的旋转刀体204。如旋切截割模式，旋转刀体204为截齿滚筒，截齿滚筒为被动旋转方式，无需主动截齿滚筒旋转，而是在滚压过程中被动旋转。滚压截割模式，旋转刀体204为滚刀，需要驱动滚刀主动转动，后续会详细介绍两种模式截割过程的不同。实验时，在对每层和每行进行截割时，都可以设置不同的参数，如采用不同种类的截割刀具200，截割速度不同，往复次数不同等等，当然也可以采用相同的参数，如采用相同种类的截割刀具200，相同截割速度，相同往复次数完成对所有层、所有行的截割，以探究不同深度截割带来的影响，得到截割刀具200的刀具性能。

刀具性能主要包括截割性能和安全性能。其中截割性能是某种旋转刀体204在什么样的截割参数下能实现最佳破岩效果，能在最佳使用寿命的前提下最大程度的破岩，还有割下来的煤块大小和价格也有关系，尽量大块度的煤能相对卖的价格好一些，这和截割参数之间的相关关系也需要研究。此外也可测得旋转刀体204的耐磨性，比如不同材质相同外形的截齿，在同样截割条件下能检测哪个截齿的耐磨性好与差。安全性能就是旋转刀体204在破碎截割试块的时候，会产生火花和热量，因为该旋转刀体204都是要在煤矿井下割煤破岩，一旦瞬时火花或热量太大容易造成瓦斯爆炸等隐患，还有就是割煤时会有粉尘、噪音产生，不同截割参数的粉尘量、噪音不一样。

本实施例中，如图1至图18所示，截割刀具试验台还包括供截割刀具安装的刀具安装单元，步骤S1之前还包括步骤S0，装刀：将旋转刀体204安装到截割刀具200上，然后将截割刀具200安装在吊装小车上，再通过吊装小车将截割刀具200吊装到刀具安装单元上。

本实施例中，如图1至图18所示，步骤S0中，将旋转刀体204安装到截割刀具200上之前，需检查油路，如旋转刀体204为滚刀，则将油路手柄切换到滚刀油路，如旋转刀体204为截齿滚筒，则将油路手柄切换到旋割油路。

本实施例中，如图1至图18所示，刀具安装单元包括用于安装截割刀具的刀具安装座9，截割刀具200通过螺栓紧固在刀具安装座9上。

本实施例中，如图1至图18所示，步骤S3中，若旋转刀体204为截割滚筒时，则启动旋切截割模式，截割过程中，由所截割行的起始端截割至末尾端后，横移至相邻行的端头。旋切截割模式为单向断续式截割作业，即在完成一次直线截割行程后，截割滚筒离开截割试块表面一定距离，旋转刀体204和试验块体相对退回起始位置；随后，截割滚筒和截割试块相对横向移至相邻行的起始端，开始新一次截割，直到将一层截割试块截割完；然后，重复下一层截割试块的截割，直到整块截割试块全部截割完。若旋转刀体204为滚刀时，启动滚压截割模式，截割过程中，需由所截割行的起始端至末尾端至少往复截割一次，才可相对横移至相邻行，即由起始端至末尾端来滚压一次，然后由末尾端至起始端滚压一次。滚压截割模式为断续式工作，在完成一次直线滚压行程，滚刀与截割试块脱离后，旋转刀体204和截割试块按设定截距自动横向移动，实现旋转刀体204横向进给，直到完成一层截割试块滚压；重复下一层截割试块滚压过程，直到整块截割试块全部滚压完。

本实施例中，如图1至图18所示，步骤S3中，若旋转刀体204为截割滚筒时，截割过程中，旋转刀体204以恒定速度相对纵向移动；若旋转刀体204为滚刀时，截割过程中，往复纵向行程中均包括开始阶段、中间阶段和末尾阶段，开始阶段的速度逐渐增加，中间阶段的速度保持恒定，末尾阶段的速度逐渐降低。

本实施例中，如图1至图18所示，步骤S3中，若旋转刀体204为截齿滚筒时，破岩深度为15～25mm；若旋转刀体204为滚刀时，破岩深度为5～10mm。当然上述只是参考数值，还可以截割更深或者更浅。

本实施例中，如图1至图18所示，截割刀具试验台还包括信息采集单元，步骤S3中，在截割过程中，信息采集单元实时测量和显示竖向截割压力、截割深度、旋转刀体扭矩、旋转刀体转速、水平纵向力、水平横向力、竖向位置数值、水平横向位置数值以及水平纵向位置数值。具体的，信息采集单元包括横向位移传感器84、纵向位移传感器、竖向位移传感器、横向载荷传感器、纵向载荷传感器、竖向载荷传感器51、扭矩传感器207以及转速传感器。通过各个检测模块的传感器可以实现信号的采集、放大、A/D转换、数据处理等，进而可以实时显示截割刀具试验台100的各参数变化量。

本实施例中，如图1至图18所示，步骤S3中，竖向驱动机构驱动截割刀具200竖向移动，以带动旋转刀体204上下移动，实现向截割试块施加法向压力，截割试块不动，减少对截割刀具200的上下晃动，保证旋转刀体204截割时的稳定性。纵向驱动机构驱动岩体装载单元水平纵向移动，以带动截割试块水平前后移动，模拟滚压试验模式下滚刀和截割试块之间相对运动，截割刀具200不动，可减少对截割刀具200的纵向晃动，保证旋转刀体204截割时的稳定性。横向驱动机构驱动截割刀具200水平横向移动，以带动旋转刀体204水平左右移动，模拟掘进机横摆截割，截割试块不动，可减少对截割试块的晃动。

本实施例中，如图1至图18所示，还包括位于步骤S3之后的步骤S4，拆样：旋转刀体204和岩体装载单元回到初始位置，将岩体装载单元上的剩余截割试块拆除并清理。

本实施例中，如图1至图18所示，详细阐述旋切截割模式和滚压截割模式的过程：为方便叙述，竖向移动(简称Z向，从上向下运动为+，行程500mm)，横向移动(简称X向，从左到右后运动为+，行程600mm)，纵向移动(简称y向，从前到后运动为+，行程2400mm)。

截割刀具200初始位置：X和Z向位移为“0”，y向位移“2400”。

(一)滚压截割模式，旋转刀体204为滚刀：

①安装刀具：检查油路是否为滚刀油路，将油路手柄切换到滚刀油路；选择滚刀，并将滚刀安装在截割刀具200上，然后将截割刀具200安装工装吊装到试样小车上，再将装好的滚刀及其截割刀具200吊装到刀具安装单元上，y向位移给定“1200”，通过试样小车将滚刀及其截割刀具200运送进主机正中，y向到位后自动停止；然后通过X和Z向位移控制刀具安装单元位置，使刀具安装座9的丝孔与截割刀具200安装光孔对正，最后通过螺栓将其紧固在刀具安装单元上；上述工作完成后，先控制Z向回到初始位置(Z向位移回到“0”位)，然后控制x和y向回初始位置(X向位移回到“0”位，y向位移回到“2400”)，截割刀具200安装完成。

②、装样：将截割试块(长1500mm×宽600mm×高300mm)装载在岩体装载单元上，如试件盒或者试件箱10内。

③、对刀：

第一步：y向给定位移“1200”，到位后自动保持；

第二步：x向给定“300”，到位后自动保持；

第三步：z向向下运动，直至旋转刀体204与岩石上面接触，记录下该处Z向位移(假设该处z向位移为“180”)；再给定Z向位移目标值“160”，到位后自动保持；

第四步：x向给定“0”，到位后自动保持；对刀完成。

④、试验过程：确定破岩宽度和深度，以破岩宽度30mm和深度20mm为例。

第一层破岩：

第一步：z向给定位移“200”，到位后自动保持；

第二步：x向给定“30”，到位后自动保持；

第三步：y向给定“0”，速度给定为“300mm/s”，到位后自动保持，第一次破岩完成；

第四步：x向给定“60”，到位后自动保持；

第五步：y向给定“2400”，速度给定为“300mm/s”，到位后自动保持，第二次破岩完成；

每完成一次破岩，x向位移增加30，重复第二步至第五步，直至x向位移到达“600”或整个岩石面破岩完成，z向位移回至“160”停止，y向回至“2400”停止。检查试件盒或者试件箱10高度是否满足下一层破岩深度，如不满足则拆下试件盒或者试件箱10第一层，此时试件盒或者试件箱10可做成多层可拆卸结构方便拆卸，进行第二层破岩过程，其过程如下：

第一步：z向给定位移“220”，到位后自动保持；

第二步：x向给定“570”，到位后自动保持；

第三步：y向给定“0”，速度给定为“300mm/s”，到位后自动保持，第一次破岩完成；

第四步：x向给定“540”，到位后自动保持；

第五步：y向给定“2400”，速度给定为“300mm/s”，到位后自动保持，第二次破岩完成；

每完成一次破岩，x向位移减少30，重复第二步至第五步，直至x向位移到达“0”或整个岩石面破岩完成。

重复上述破岩过程，直至试件盒或者试件箱10不满足下次破岩深度为止，试验完成。

xyz向回至初始位置(X和Z向位移为“0”，y向位移“2400”)。

⑤拆样：吊下试件盒或者试件箱10及剩余试样，清理试件盒或者试件箱10及主机为下次试验做准备。

(二)旋切截割模式，旋转刀体204为截齿滚筒：

①更换刀具：检查油路是否为滚压油路，将油路手柄切换到旋割油路；选择截齿，并将截齿安装在滚筒上，滚筒安装到截割刀具200上，然后将截割刀具200安装工装吊装到试样小车上，再将装好的滚筒及其截割刀具200吊装到刀具安装工装上，y向位移给定“1200”，通过试样小车将滚筒及其截割刀具200运送进主机正中，y向到位后自动停止；然后通过X和Z向位移控制刀具安装单元位置，使刀具安装座9的丝孔与截割刀具200安装光孔对正，通过螺栓将其紧固在安装板上，最后连接联轴器。上述工作完成后，先控制Z向回到初始位置(Z向位移回到“0”位)，然后控制x和y向回初始位置(X向位移回到“0”位，y向位移回到“2400”)，吊下刀具安装工装。

②装样：将截割试块(长1500×宽600×高300)装入试件盒或者试件箱10中，并将试件盒或者试件箱10及试样整体装在试样小车上并紧固。如下图：

③对刀：

第一步：y向给定位移“1200”，到位后自动保持；

第二步：x向给定“300”，到位后自动保持；

第三步：z向向下运动，直至滚刀与岩石上面接触，记录下该处Z向位移(假设该处z向位移为“180”)；再给定Z向位移目标值“160”，到位后自动保持；

第四步：x向给定“0”，到位后自动保持；对刀完成。

④、试验过程：确定破岩宽度和深度，以破岩宽度30mm和深度20mm为例。

第一层破岩：

第一步：z向给定位移“200”，到位后自动保持；

第二步：x向给定“30”，到位后自动保持；

第三步：y向给定“0”，速度给定为“300mm/s”，到位后自动保持，第一次破岩完成；

第四步：x向给定“60”，到位后自动保持；

第五步：y向给定“2400”，速度给定为“300mm/s”，到位后自动保持，第二次破岩完成；

每完成一次破岩，x向位移增加30，重复第二步至第五步，直至x向位移到达“600”或整个岩石面破岩完成，z向位移回至“160”停止，y向回至“2400”停止。检查试件盒或者试件箱10高度是否满足下一层破岩深度，如不满足则拆下第一层试件盒或者试件箱10，进行第二层破岩过程，其过程如下：

第一步：z向给定位移“220”，到位后自动保持；

第二步：x向给定“570”，到位后自动保持；

第三步：y向给定“0”，速度给定为“300mm/s”，到位后自动保持，第一次破岩完成；

第四步：x向给定“540”，到位后自动保持；

第五步：y向给定“2400”，速度给定为“300mm/s”，到位后自动保持，第二次破岩完成；

每完成一次破岩，x向位移减少30，重复第二步至第五步，直至x向位移到达“0”或整个岩石面破岩完成。

重复上述破岩过程，直至试件盒或者试件箱10不满足下次破岩深度为止，试验完成。

x、y、z向回至初始位置(X和Z向位移为“0”，y向位移“2400”)。

⑤拆样：吊下试件盒或者试件箱10及剩余试样，清理试件盒或者试件箱10及主机为下次试验做准备。

本实施例中，如图1至图18所示，截割刀具试验台采用控制系统控制，所述控制系统包括硬件配置和软件配置，所述硬件配置包括PC机和打印机。软件配置包括安装在PC机内的控制软件，所述控制软件包括欢迎界面、主窗口、快捷操作按钮、数据显示板、曲线板以及试验控制板。

(一)硬件配置：Pentium G4600/2G内存以上PC机，SVGA彩色显示器(支持1600*900或以上显示分辨率)，鼠标，各种打印机。

(二)软件配置：PC机的操作系统基于中文WINDOWS98/Me/2000/XP操作系统。PC机上安装有控制软件，控制软件包括：

(1)欢迎界面：欢迎界面，介绍软件以及读取软件运行所必须的参数，如读取传感软件标定系数、传感器满量程值、以用硬件调零、软件调零等相关参数，以确保进入软件时所有控制正确运行。欢迎界面等待时间较长，是连接轴向、侧向及反压向EDC控制器。

(2)主窗口：主窗口是程序的控制中心，它负责管理各个功能窗口和系统模式的切换，并显示试样的基本信息和试验控制状态信息和各个功能的控制，这个窗口始终位于屏幕最上面。主窗口内容说明：①系统菜单；负责系统管理工作，如数据管理、试验窗体和通出系统：1.退出系统。②工具：试验工具：1.开始绘制曲线：开始绘制试验过程中的曲线并记录试验数据为txt文本方件，文件位置位于软件目录下Data文件夹内，整个试验数据名为开始试验的日期加时间命名。2.停止绘制曲线：停止绘制试验曲线并停止保存数据。③窗口：控制器1.竖向控制器：伺服上电：连接伺服控制EdCi20，伺服上电才能控制轴向作动器；伺服断电：断开轴向伺服控制器。2.纵向控制器：到屏幕左上角：将试验窗体整个移动到屏幕左上角；伺服上电：连接伺服控制EdCi20，伺服上电才能控制侧向作动器；伺服断电：断开侧向伺服控制器。3.滚筒控制器：伺服上电：连接伺服控制EdCi20，伺服上电才能控制反压向作动器；伺服断电：断开反压向伺服控制器。4.横向控制器：伺服上电：连接伺服控制EdCi20，伺服上电才能控制反压向作动器；伺服断电：断开反压向伺服控制器。5.全部伺服上电：对轴向、侧向和反压向三个控制器时间进行伺服上电操作。6.全部伺服断电：对轴向、侧向和反压向三个控制器时间进行伺服断电操作。注意：伺服控制器上电及断电正常试验时不需要操作，在控制打开，长时间不对作对器操作且油泵处于关闭状态时，重新开启油泵时须重新对伺服控制器进行上电操作。④调整：对试验参数进行调整设置；数据保存设置：对静态试验数据和动态试验数据的存储时间间隔进行设置；⑤帮助：显示帮助或使用操作说明。

(3)快捷操作按钮：快捷操作按钮包括：1.数据保存设置快捷按钮；2.开始绘制曲线快捷按钮；3.停止绘制曲线快捷按钮；4.帮助快捷按钮。

(4)数据显示板：总共包括三列：①一列指示显示传感器的名称(包括竖向位移，竖向负荷，纵向位移，纵向负荷，滚筒转速，滚筒扭矩，横向位移，横向负荷1，横向负荷2)；②一列显示各传感器的时实采集值；③一列是清零框，选中时当前行的传感器清为零，松开时显示当前值(其中轴位移、侧位移、反位移、周期Z及周期C不能清零)。

(5)曲线板：曲线显示板，包括：①轴向曲线纵坐标显示，更改曲线坐标轴见曲线坐标轴设置；②选择轴向绘制曲线(可选竖向位移-时间，竖向负荷-时间，纵向位移-时间，纵向负荷-时间，滚筒转速-时间，滚筒扭矩-时间，横向位移-时间，横向负荷1-时间，横向负荷2-时间曲线及试验数据，高速)；

(6)试验控制板：试验控制板包括：1.静态试验和动态试验选项卡，在做静态试验和动态试验时选择切换试验方式；2.选择竖向控制方式(可选轴位移、力两种控制方式，选择控制方式后按该控制方式闭环控制轴向作动器)；3.竖向加载速度设置，位移控制和力控制方式选择后，写入试验加载的控制速度；4.竖向加载控制目标，位移或力控制方式下，要达到的目标值；5.应用按钮，设置好控制方式、加载速度及加载目标后开始执行的按钮；6.停止按钮，作动器自动转换为位移控制停止在当前位置；7.选择纵向控制方式(可选侧位移，选择控制方式后按该控制方式闭环控制纵向作动器)；8.纵向加载速度设置，位移控制和力控制方式选择后，写入试验加载的控制速度；9.纵向加载控制目标，位移或力控制方式下，要达到的目标值；10.应用按钮，设置好控制方式、加载速度及加载目标后开始执行的按钮；11.停止按钮，作动器自动转换为位移控制停止在当前位置；12.选择滚筒控制方式(可选反压转速控制方式，选择控制方式后按该控制方式闭环控制轴向作动器)；13.滚筒加载速度设置，位移控制和力控制方式选择后，写入试验加载的控制速度；14.滚筒加载控制目标，位移或力控制方式下，要达到的目标值；15.应用按钮，设置好控制方式、加载速度及加载目标后开始执行的按钮；16.停止按钮，作动器自动转换为位移控制停止在当前位置。

实施例2

本实施例提供了一种截割刀具试验台，主要应用于实施例1中的基于截割刀具试验台的自动截割试验方法，如图1至图18所示，包括岩体装载单元、刀具安装单元以及多方向移动单元；岩体装载单元包括装载容器，装载容器的顶部设有装填切割口，通过装填切割口可向装载容器内填入截割试块，且通过装填切割口可使截割试块的顶面露出来，以便后续截割刀具200对截割试块进行截割，截割试块根据实验所要模拟工况设置相似或等同岩体性质的试块，如岩石块、煤块等等。装载容器可为敞口的箱体、篮体或者筒体等等。刀具安装单元包括刀具安装座9，刀具安装座9，位于装载容器的装填切割口的上方，刀具安装座9用于安装截割刀具200，截割刀具200安装到刀具安装座9后会悬吊于装填切割口的上方。多方向移动单元包括竖向驱动机构5、纵向驱动机构6以及横向驱动机构8，竖向驱动机构5用于驱使装载容器和刀具安装座9相对竖直方向运动(参考图1中上下方向)，纵向驱动机构6用于驱使装载容器和刀具安装座9相对水平纵向运动(参考图1中前后方向)，横向驱动机构8用于驱使装载容器和刀具安装座9相对水平横向运动(参考图1中左右方向)。截割刀具200包括够自转的旋转刀体204，旋转刀体204的自转轴的沿水平横向运动(参考图1中左右方向)，使得旋转刀体204能够沿着前后方向进行旋转。通过将带有不同类型的旋转刀体204的截割刀具200拆装到刀具安装座9上，便可测得不同类型的旋转刀体204的截割性能和安全性能。如滚筒式截割刀具，如图17，滚筒式截割刀具进行试验时需主动旋转，因此需额外设置转动机构驱动滚筒式截割刀具进行转动。而滚刀式截割刀具，如图18，在进行试验时为被动旋转，即截割试块和滚刀式截割刀具相对纵向移动时，依靠摩擦力带动单个滚刀转动形成滚刀截割。

将截割试块通过装填切割口装入装载容器内，按照截割试块上预先规划的截割路线，通过竖向驱动机构5、纵向驱动机构6以及横向驱动机构8，调节刀具安装座9和装载容器之间的位置，使旋转刀体204位于截割试块上截割路线的起始点，启动旋转刀体204，并由竖向驱动机构5、纵向驱动机构6以及横向驱动机构8配合，按预设截割路线开始截割截割试块，获得旋转刀体204的截割性能和安全性能。工作原理，包括以下步骤：

S1、将截割试块(岩块或煤块)装入装载容器内，将截割试块从上至下的顺序分为N

通过分行和分层的截割工序，与真实工况相契合，从而可以保证模拟过程更加真实，试验更加有效。截割试块的宽度(横向)通常采用600mm，旋转刀体204，如截割滚筒(可安装多把不同位姿和数量的截齿)宽度是300mm，滚刀的刀刃宽度更窄，为22～30mm不等。同时分行也可以在充分利用的运行动作范围内，最大化的利用截割试块来进行不同参数的截割试验，以得到更多的试验参数来为煤矿机械的截割机构设计奠定技术基础和参考。分层也能够让石头更充分的利用，因为截割的原理就是石头所在的装载容器，通过纵向驱动机构6进行来回往复移动，和竖向驱动机构5下降一定深度的刀具进行滚动截割。

本实施例中，如图1至图18所示，纵向驱动机构包括支撑底座1，支撑底座1上设有纵向滑轨12和纵向移动装置，纵向滑轨12沿着图1中的前后方向延伸。支撑底座1可放置在地基上，但为了稳定性，作为优选地支撑底座1可以通过地脚螺栓14固定在地基上。装载容器滑动连接纵向滑轨12，具体的可在装载容器的底部安装纵向滑块71，纵向滑块71滑动连接在纵向滑轨12上，以使装载容器能够沿着纵向滑轨12延伸方向移动。如图12所示，纵向滑块71可以设有两个，两个纵向滑块71可以在左右方向上间隔布置，每个纵向滑块71可以滑移配合在对应的纵向滑块71上，当然纵向滑块71也可以设置两个以上。作为优选地，支撑底座1上设有两个支撑架11，两个支撑架11沿着支撑底座1的纵向(前后方向)延伸，并沿着支撑底座1的横向(左右方向)间隔布置，每个支撑架11的顶部均可以设有一个纵向滑轨12，纵向滑轨12可以通过螺栓固定在支撑架11上。纵向移动装置包括纵向定位部和纵向活动部，纵向定位部安装在支撑底座1上，纵向活动部能够沿着纵向滑轨12延伸方向移动，即图1中的前后方向移动，纵向活动部与装载容器连接，继而带动装载容器前后移动，实现与旋转刀体204的相对前后移动。作为优选地，纵向移动装置可为伸缩缸类的移动机构，如液压伸缩缸、气压伸缩缸以及电动伸缩缸，伸缩缸的缸体(纵向定位部)固定安装在支撑底座1上，伸缩缸的活塞杆(纵向活动部)与装载容器固定连接，活塞杆的轴线与纵向滑轨12延伸方向平行，这样活塞杆伸缩，便可驱动装载容器在纵向滑轨12上的移动。纵向移动装置可为滚珠丝杠的移动机构，具体丝杠(纵向定位部)转动连接在支撑底座1上，螺母(纵向活动部)通过轴承转动连接在装载容器上，电机的电机轴与丝杠连接，驱动丝杠旋转，螺母带动装载容器沿纵向滑轨12移动。

进一步，本实施例中，如图1至图18所示，横向驱动机构包括升降平台4，升降平台4通过纵向驱动机构进行升降。升降平台4的底部设有横向滑轨83和横向移动装置，横向滑轨83的延伸方向为图1中的左后方向。刀具安装座9滑动连接在横向滑轨83上，具体的可在刀具安装座9的顶部安装横向滑块，横向滑块滑动连接在横向滑轨83上。横向移动装置包括横向定位部和横向活动部，横向定位部安装在升降平台4的底部，横向活动部能够沿着横向滑轨83延伸方向移动，即图1中的左右方向移动，横向活动部与刀具安装座9固定连接，继而带动刀具安装座9左右移动，实现旋转刀体204的左右移动。作为优选地，横向移动装置可为伸缩缸类的移动机构，如液压伸缩缸、气压伸缩缸以及电动伸缩缸，伸缩缸的缸体(横向定位部)固定安装在升降平台4上，伸缩缸的活塞杆(横向活动部)与刀具安装座9固定连接，活塞杆的轴线与横向滑轨83延伸方向平行，这样活塞杆伸缩，便可驱动刀具安装座9在横向滑轨83上的移动。横向移动装置可为滚珠丝杠的移动机构，具体横向丝杠82(横向定位部)转动连接在升降平台4上，螺母(横向活动部)通过轴承转动连接在刀具安装座9上，横向马达81或电机的电机轴与横向丝杠82连接，驱动横向丝杠82旋转，螺母带动刀具安装座9沿横向滑轨83移动，横向马达81可以为液压马达。

进一步，本实施例中，如图1至图18所示，竖向驱动机构5包括升降装置和支撑立柱3，支撑立柱3设置在支撑底座1上。支撑立柱3上固定连接有承载台2，承载台2位于刀具安装座9的上方。升降装置包括升降定位部和升降活动部，升降定位部安装在承载台2上的升降定位部，升降活动部能够上下移动，升降活动部与升降平台4连接。作为优选地，升降装置可为伸缩缸类的升降机构，如液压伸缩缸、气压伸缩缸以及电动伸缩缸，伸缩缸的缸体(升降定位部)固定安装在承载台2上，伸缩缸的活塞杆(升降活动部)与升降平台4固定连接，活塞杆的轴线与支撑立柱3的轴线平行，这样活塞杆伸缩，便可驱动升降平台4上下移动，继而带动刀具安装座9上下移动，最终实现旋转刀体204的升降。

进一步，本实施例中，升降平台4上可以设有多个吊耳21(起吊螺钉)，通过多个吊耳21，升降活动部可通过连接构件和吊耳21连接，方便了升降平台4的吊起，当然也可以不设置吊耳21，直接将升降活动部和升降平台4连接。

本实施例中，如图1至图18所示，若升降装置、横向移动装置以及纵向移动装置，采用液压伸缩缸或由液压马达驱动的滚珠丝杠的话，截割刀具试验台100需配备液压系统。液压系统包括多个泵机组，每个泵机组与升降装置的液压伸缩缸、横向移动装置的液压伸缩缸、纵向移动装置的液压伸缩缸连接，并用于实现竖向驱动机构5、横向驱动机构8、纵向驱动机构6的独立驱动。作为优选地，液压系统采用组合式液压站，分泵、分路供油模式。每套油泵电机组(泵机组)均可以独立控制，从而可以根据试验项目，灵活选择开启其中一台或几台泵机组工作，在满足试验需要的前提下可以节省能源并减少系统发热。液压系统还可以设有压力传感器、温度传感器、液位显示计和报警装置等，液压系统还可以配置有过滤装置，液压系统运行时的吸油、压力油、回油等均可以经由过滤装置，从而可以确保液压系统的油液清洁度和伺服系统的长期稳定工作。液压系统还可以配备有自行卸压功能，例如，在相应的液压管路上可以设置有卸压阀。以竖向驱动机构5为例，试验过程中，由于截割刀具200的截齿形状及在滚筒(滚刀)上布置的非连续性，截割刀具200和油缸会受到冲击，当冲击载荷超出设定最大法向压力时，升降装置的竖向油缸会自动泄压保护，从而可以保护旋转刀体204不发生非正常损坏。纵向驱动机构6的液压伸缩缸配备有第一伺服阀组和第二伺服阀组，第一伺服阀组的进给流量小于第二伺服阀组的进给流量，第一伺服阀组用于实现纵向驱动机构6的液压伸缩缸的小进程驱动，第二伺服阀组用于实现纵向驱动机构6的液压伸缩缸的大进程驱动。

本实施例中，如图1至图18所示，包括多个支撑立柱3，多个支撑立柱3安装在支撑底座1上，并沿着支撑底座1的围成作业空间，升降平台4设于作业空间之中，升降平台4至少与部分支撑立柱3滑动连接。作为优选地升降平台4与所有支撑立柱3滑动连接。具体的，升降平台4上设有多个装配槽43，多个装配槽43沿着升降平台4的四周布置，多个支撑立柱3一一对应的配合在多个装配槽43内。每个支撑立柱3上设有竖向滑轨31，竖向滑轨31沿着支撑立柱3延伸，每个装配槽43内设有第一配合部41和第二配合部42，第一配合部41与竖向导轨的一侧通过滚轮或滑块配合，第二配合部42与竖向导轨的另一侧滚动或滑移配合，滚动配合如滚动导轨块(类似滚轮)，由此，第一配合部41和第二配合部42可以分别实现与竖向滑轨31的滚动配合，一方面方便了升降平台4的上下滑移调整，另一个方面可以增强限位和约束效果，避免升降平台4在作业空间内转动的情况，提升了移动的稳定性。作为优选地，支撑立柱3总共有四个，围设成矩形作业空间，升降平台4为矩形板，升降平台4四个角开设有四个装配槽43，支撑立柱3上的竖向滑轨31的横截面可以为三角型或矩形，装配槽43可以为矩形槽，每个装配槽43均包括两个垂直布置的槽壁面，其中第一配合部41可以安装在其中一个槽壁面上，第二配合部42可以安装在另一个槽壁面上。支撑立柱3可通过焊接、螺栓连接等连接方式固定在支撑底座1上。承载台2可以为矩形板状，承载台2可以通过焊接、螺栓等固定等方式固定在多个支撑立柱3的顶端。

进一步，本实施例中，如图1至图18所示，支撑底座1上设有多个加强板13。多个加强板13一一对应地设于多个支撑立柱3和支撑底座1所形成的夹角内，即每个加强板13的一个竖直边与支撑立柱3相连，每个加强板13的底边沿着支撑底座1的纵向延伸。由此，加强板13可以在前后方向起到对支撑立柱3的支撑作用，从而保证了支撑立柱3在前后方向具有较高的结构强度，满足了纵向驱动机构6的调整需要。加强板13上设有多个减重孔，多个减重孔可以通过拓扑优化设计的方式进行布置，从而既可以保证加强板13的结构强度，也可以节省材料并降低成本。

本实施例中，如图1至图18所示，装载容器包括试件箱10和工作平台7，工作平台7滑动连接在纵向滑轨12上，试件箱10安装在工作平台7上。试件箱10可以通过螺钉等紧固件可拆卸的安装在工作平台7上，纵向驱动机构6的纵向活动部(如滚珠丝杠的螺母，伸缩缸的活塞杆)与工作平台7连接固定，纵向活动部配合在两个支撑架11之间，由此，可以起到防护效果。作为优选地，试件箱10为矩形箱体。

本实施例中，如图1至图18所示，工作平台7和支撑底座1之间可以连接有遮挡件72，遮挡件72可伸缩，以在工作平台7移动时通过遮挡件72的拉拽展开并实现遮挡防护。具体地，遮挡件72可以包括位于纵向驱动机构6上方的不锈钢防护罩和位于工作平台7左右两侧的防护挡板，当工作平台7在纵向驱动机构6的作用下移动时，不锈钢防护罩和防护挡板可随着工作平台7的前后移动实现伸缩调整，从而可以始终起到防护效果。优选地，遮挡件72还可以包括顶板，顶板可以通过螺钉等固定在支撑底座1的最外侧，从而可以与不锈钢防护罩、防护挡板配合并形成整体防护，避免了纵向驱动机构6在截割过程中被产生的碎屑污水所干扰的情况。

进一步，本实施例中，如图1至图18所示，试件箱10包括若干由上至下依次堆叠的环形箱部101以拼合为试件箱10。上下相邻两个环形箱部101可拆卸地相连，以使试件箱10的高度尺寸可随着截割试块的高度变化匹配调整。每个环形箱部101的外周侧设有吊装件102，吊装件102用于将环形箱部101吊起。由此，在试验过程中，试件箱10的高度尺寸可随着截割试块的高度变化匹配调整，即随着截割试块高度尺寸的变低，可以将上方的环形箱部101依次拆卸。优选地，每个环形箱部101上可以设有企口结构，通过企口结构可以实现上下相邻的两个环形箱部101的插接配合，从而可以增强结构的稳定性和结构强度。

本实施例中，如图1至图18所示，截割刀具200包括刀具安装架，刀具安装架可拆卸的连接在刀具安装座9上，旋转刀体204通过刀轴转动连接在刀具安装架上。刀具安装架上设有转动轴，转动轴与刀轴同轴连接。具体的截割刀具200分为滚筒式和滚刀式，滚刀式为被动转动，因此转动轴无需额外连接转动设备，即转动轴为被动转动轴。而滚筒式需要主动旋转，因此在刀具安装架上设有转动机构202，转动机构202包括能够主动旋转的转动轴，转动轴与刀轴同轴连接，具体的，刀具安装架包括包括第一刀架201和第二刀架203。第一刀架201可拆卸地安装于刀具安装座9的下方，转动机构202和第二刀架203安装在第一刀架201上。旋转刀体204装配在第二刀架203内。作为优选地，转动机构202包括滚柱马达，滚柱马达的外侧可以通过安装管接头和法兰接入液压系统。第一刀架201的上方可以通过螺栓依次与过渡板208、刀具安装座9连接，第一刀架201的一侧可以通过螺栓和滚柱马达连接固定。

本实施例，如图1至图18所示，截割刀具试验台100还包括信息采集单元，信息采集单元包括横向位移传感器84、纵向位移传感器、竖向位移传感器、横向载荷传感器、纵向载荷传感器、竖向载荷传感器51、扭矩传感器207以及转速传感器。通过各个检测模块的传感器可以实现信号的采集、放大、A/D转换、数据处理等，进而可以实时显示截割刀具试验台100的各参数变化量。其中：横向位移传感器84包括横向固定部和横向移动部，横向固定部分与升降平台4固定连接，横向移动部分与刀具安装座9固定连接，当刀具安装座9移动时，固定部分和移动部分的相对位置会发生变化，借由这种位置变化可以实现对刀具安装座9移动位置的监测，进而可以实现对刀具安装座9上截割刀具200的位置调整控制。横向位移传感器84具体可以为霍尔式位移传感器、光电式位移传感器等。纵向位移传感器包括纵向固定部和纵向移动部，纵向固定部与支撑底座1固定连接，纵向移动部与工作平台7固定连接。竖向位移传感器包括竖向固定部和竖向移动部，竖向固定部与升降定位部固定连接，竖向移动部与升降活动部固定连接。横向载荷传感器位于横向移动部分与刀具安装座9固定连接之间。具体的横向荷载传感器设置在横向驱动机构8的横向活动部和刀具安装座9之间，采用2台200kN载荷传感器。如横向驱动机构8采用横向液压伸缩缸时，横向荷载传感器位于伸缩缸的活塞杆和刀具安装座9之间。纵向载荷传感器位于纵向移动部与工作平台7之间，采用400kN载荷传感器。如纵向驱动机构6采用纵向液压伸缩缸时，纵向载荷传感器位于纵向液压伸缩缸的活塞杆和工作平台7之间。竖向载荷传感器51安装在升降活动部和升降平台4之间，借由竖向载荷传感器51可以对竖向驱动机构5施加的驱动力的大小进行监测。作为优选地，竖向载荷传感器51采用1000kN载荷传感器。如竖向驱动机构采用升降液压缸时，竖向载荷传感51位于升降液压缸的活塞杆和升降平台4之间。扭矩传感器207设置在刀轴和转动机构202的转动轴之间，具体的转动轴通过花键轴和第一联轴器205的内花键连接以进行扭矩传递，第一联轴器205为花键-双平键联轴器，第一联轴器205的平键一侧连接扭矩传感器207，扭矩传感器207通过螺栓固定在传感器支架内，传感器支架上方可以通过螺栓依次连接在过渡板208和刀具安装座9上，扭矩传感器207的另一端和第二联轴器206连接，第二联轴器206可以为双平键联轴器，第二联轴器206的另一端和旋转刀体204的刀轴连接。转速传感器设置在刀轴上。第二刀架203上可以安装单列圆锥滚子轴承和端盖，旋转刀体204的刀轴可以转动装配在单列圆锥滚子轴承和端盖内，其中外侧的端盖可以安装堵帽进行固定。综上所述，通过竖向驱动机构5和竖向位移传感器控制截割刀具200的截割深度，通过竖向载荷传感器51控制旋割装置的径向载荷。通过横向驱动机构8和横向位移传感器84带动截割刀具200横向直线运动，通过伺服电机的编码器控制截割刀具200的截割宽度，通过横向荷载传感器测定截割刀具200的轴向载荷。通过纵向驱动机构6和纵向位移传感器推动试件箱10沿纵向滑轨12纵向导轨纵向移动，通过纵向载荷传感器检测截割道具200中滚筒截齿的切向载荷。通过旋割装置的扭矩传感器207和转速传感器控制滚筒式的截割刀具200旋转转速和扭矩。

本实施例中，如图1至图18所示，竖向载荷传感器51与升降平台4之间设有球面调心构件52。球面调心构件52可以为球面调心轴承、球铰等球面调心装置，可以有效消除横向或纵向运动对横向驱动机构8和竖向载荷传感器51的影响。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。