CN105092822B - 模拟盾构机旋转刀盘切削土体的室内试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟盾构机旋转刀盘切削土体的室内试验装置，包括压盘、大转盘、减速器、电机、开关、丝杆、转换器、滑轮、杠杆横梁、配重盘、支架和框架，减速器和电机通过法兰盘连接、齿轮传动；上压盘和下压盘之间通过压盘连接轴连接；下压盘、滚珠和大转盘依次通过轴承连接；所述大转盘焊接有铁棒，第二电机连接大转盘；第三电机连接桶体，第三电机启动，带动桶体转动；所述丝杆穿过支架，当杠杆横梁一端仅与丝杆通过法兰盘连接，形成杠杆；当杠杆横梁一端通过法兰盘同时与丝杆、上压盘连接时，杠杆横梁为传力杆件；杠杆横梁另一端设有配重盘。本发明可真实模拟实际盾构平衡仓内的土压力大小；可将土体切削成实际的效果；操作简便，只需要控制三个开关，调整配重即可完成试验。

Description

模拟盾构机旋转刀盘切削土体的室内试验装置

技术领域

本发明属于地铁盾构施工土体改良技术领域，具体涉及一种模拟盾构机旋转刀盘切削土体的室内试验装置。

背景技术

随着我国城市建设的高速发展，居住人口持续快速增长，使得城市市区可利用的地面面积约来越少，带来了诸如交通阻塞、空间拥挤等一系列问题的“城市综合症”。为了促进城市的可持续发展，改善城市形象，开发地下空间自然而然成了解决这些问题的有效途径，修建地铁、地下通道日益受到政府的重视，目前全国己有二十余个城市得到国务院的批准建造地铁。盾构法隧道以其明显的技术经济优势和对城市地面环境影响小的特点，成为城市环境下地铁隧道的主要施工方法。此外，在各种越江公路隧道、城市污水处理系统等市政工程建设中，盾构法隧道的应用也非常广泛。土压平衡盾构机在国内市政工程建设中的应用更为广泛，其适应不同地质条件（粘性土、砂性土、砂砾石甚至是软岩）的能力最强，但并非所有的地层均具有良好塑性流动性、较低的渗透性以及内摩擦角，如何将各种复杂土层改良为符合土压平衡盾构掘进施工的要求，关键即为掘进过程中的土体改良。为了能够在室内研究土体改良效果是否符合盾构切削土体的要求，有必要开发一套模拟实际工程中盾构刀盘切削土体的系统。

发明内容

本发明的目的在于提出一种应用在土体改良研究领域的模拟盾构机旋转刀盘切削土体的室内试验装置。

本发明提出的模拟盾构机旋转刀盘切削土体的室内试验装置，包括上压盘、下压盘、大转盘、第二减速器、第二电机、第二开关、第一减速器、第一电机、丝杆、转换器、第一开关、滑轮、杠杆横梁、配重盘、支架和框架，其中：

支架固定于框架上方，转换器固定于支架上方，第一减速器和第一电机位于支架上，第一减速器和第一电机通过法兰盘连接、齿轮传动；电流表固定于框架内顶部，上压盘和下压盘位于框架内，上压盘和下压盘之间通过压盘连接轴连接；所述上压盘四周通过滑轮连接框架，所述框架上设有滑槽，使滑轮能在滑槽内上下移动，带动上压盘在框架内作上下移动；所述下压盘、滚珠和大转盘依次通过轴承连接；所述大转盘底部焊接有铁棒，所述第一开关与第一电机连接；

第二减速器和第二电机通过法兰盘连接、齿轮传动，电流表与第二电机连接，第二电机连接大转盘；所述第二开关与第二电机连接；第二电机启动，带动大转盘和大转盘上的铁棒转动，形成扭矩；

第三减速器和第三电机通过法兰盘连接、齿轮传动；所述第三电机连接桶体，所述桶体内设有小转盘，小转盘上设有铁棒；所述第三开关与第三电机连接；第三电机启动，带动桶体转动；

所述丝杆穿过支架，当杠杆横梁一端仅与丝杆通过法兰盘连接，形成杠杆；当杠杆横梁一端通过法兰盘同时与丝杆、上压盘连接时，杠杆横梁为传力杆件；杠杆横梁另一端设有配重盘。

本发明中，所述框架内设有中间横梁，用于使框架保持平衡。

本发明中，所述第一开关、第二开关和第三开关分别固定于框架一侧上部。

本发明的工作过程如下：首先将一定量的土体放入桶体内，打开第一开关，降低大转盘，当大转盘与桶体接触时，关闭第一开关；打开第二开关和第三开关，通过铁棒将土体搅拌均匀，土体均匀后关闭第二开关和第三开关，静置一段时间；放松杠杆横梁和上压盘之间的连接；在配重盘上添加一定量的砝码；打开第二开关，连续读取电流表读数；持续读取数据2分钟，关闭第二开关；将砝码卸下；恢复杠杆横梁和上压盘的连接；打开第一开关，提升大转盘至一定高度，取出土样，一组试验结束。

本发明的有益效果在于：

本发明可提供应用在土体改良研究领域的盾构土体切削系统。这种系统：（1）可以真实的模拟实际盾构平衡仓内的土压力大小；（2）可以将土体切削成实际的效果；（3）操作简便，只需要控制三个开关，调整配重即可完成试验；（4）各设备加工、生产方便，可以广泛投入到相关的科研之中。

附图说明

图1仪器加工图；

图2杠杆横梁工作模式一；

图3杠杆横梁工作模式二；

图中标号：1为杠杆横梁，2为配重盘，3为第一减速器，4为第一电机，5为丝杆，6为转换器，7为支架，8为第一开关，9为第二开关，10为第三开关，11为电流表，12为法兰盘，13为滑轮，14为上压盘，15为压盘连接轴，16为第二减速器，17为第二电机，18为下压盘，19为滚珠，20为大转盘，21为中间横梁，22为铁棒，23为桶体，24为小转盘，25为框架，26为第三减速器，27为第三电机，28为方形铁块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的操作过程进行详细说明：

实施例1：

如图1－图３所示，支架7与框架25为螺栓连接，第一开关8、第二开关9和第三开关10分别与框架25为螺栓连接，电流表11与框架25为螺栓连接，转换器6与支架7为螺栓连接，第一减速器3与第一电机4之间为法兰盘连接、齿轮传动，杠杆横梁1与丝杆5之间为法兰盘连接，杠杆横梁1与上压盘14之间通过法兰盘连接，方形铁块28位于杠杆横梁1与上压盘14之间，上压盘14与框架25之间通过四个滑轮连接，压盘连接轴15与上压盘14和下压盘18之间为螺栓连接，第二电机17和第二减速器16之间为法兰盘连接、齿轮传动，第二减速器16与下压盘18之间通过轴承连接，下压盘18、滚珠19、大转盘20通过轴承连接，中间横梁21焊接在框架25上，铁棒22与大转盘20之间为焊接，铁棒22与桶体23之间为焊接，桶体23与第三减速器26之间为齿轮连接，第三电机27与第三减速器26之间为法兰盘连接、齿轮传动。

电流表11与第二电机17连接，第一开关8与第一电机4连接，第二开关9与第二电机17连接，第三开关10与第三电机27连接。

上述装置的具体工作过程如下：

保持杠杆横梁1与上压盘14之间法兰盘处于连接状态；

打开第一开关8，将大转盘20提升，使大转盘20与桶体23之间的距离约为20cm左右，关闭第一开关8；

将准备好的土样放入桶体23内；

打开第一开关8使大转盘20下降，当大转盘20与桶体23接触时，关闭第一开关8；

打开第二开关9和第三开关10，大转盘20和桶体23同时转动，开始搅拌土体，当土体搅拌均匀后，关闭第二开关9和第三开关10；

静置一段时间；

使杠杆横梁1与上压盘14之间的法兰盘处于松开状态，取走方形铁块28；

在配重盘2上添加一定质量的砝码；

打开电流表11，打开第二开关9，大转盘20开始转动；

连续记录电流表11读数2分钟；

关闭第二开关9；

取下配重盘2上的砝码；

保持杠杆横梁1与上压盘14之间的法兰盘处于连接状态，放入方形铁块28；

打开第一开关8，使大转盘20上升到试验开始时的位置，关闭第一开关8；

取出土样，切断电源，试验结束。

Claims (2)

1.模拟盾构机旋转刀盘切削土体的室内试验装置，包括上压盘、下压盘、大转盘、第二减速器、第二电机、第二开关、第一减速器、第一电机、丝杆、转换器、第一开关、滑轮、杠杆横梁、配重盘、支架和框架，其特征在于：

支架固定于框架上方，转换器固定于支架上方，第一减速器和第一电机位于支架上，第一减速器和第一电机通过法兰盘连接、齿轮传动；电流表固定于框架内顶部，上压盘和下压盘位于框架内，上压盘和下压盘之间通过压盘连接轴连接；所述上压盘四周通过滑轮连接框架，所述框架上设有滑槽，使滑轮能在滑槽内上下移动，带动上压盘在框架内作上下移动；所述下压盘、滚珠和大转盘依次通过轴承连接；所述大转盘底部焊接有铁棒，所述第一开关与第一电机连接；

第二减速器和第二电机通过法兰盘连接、齿轮传动，电流表与第二电机连接，第二电机连接大转盘；所述第二开关与第二电机连接；第二电机启动，带动大转盘和大转盘上的铁棒转动，形成扭矩；

第三减速器和第三电机通过法兰盘连接、齿轮传动；所述第三电机连接桶体，所述桶体内设有小转盘，小转盘上设有铁棒；所述第三开关与第三电机连接；第三电机启动，带动桶体转动；

所述丝杆穿过支架，当杠杆横梁一端仅与丝杆通过法兰盘连接，形成杠杆；当杠杆横梁一端通过法兰盘同时与丝杆、上压盘连接时，杠杆横梁为传力杆件；杠杆横梁另一端设有配重盘；

室内试验装置的工作过程如下：

使杠杆横梁与上压盘之间法兰盘处于连接状态；

打开第一开关，将大转盘提升，使大转盘与桶体之间的距离为20cm，关闭第一开关；

将准备好的土样放入桶体内；

打开第一开关使大转盘下降，当大转盘与桶体接触时，关闭第一开关；

打开第二开关和第三开关，大转盘和桶体同时转动，开始搅拌土体，当土体搅拌均匀后，关闭第二开关和第三开关；

静置一段时间；

使杠杆横梁与上压盘之间的法兰盘处于松开状态，取走方形铁块；

在配重盘上添加一定质量的砝码；

打开电流表，打开第二开关，大转盘开始转动；

连续记录电流表读数2分钟；

关闭第二开关；

取下配重盘上的砝码；

使杠杆横梁与上压盘之间的法兰盘处于连接状态，放入方形铁块；

打开第一开关，使大转盘上升到试验开始时的位置，关闭第一开关；

取出土样，切断电源，试验结束。

2.根据权利要求１所述的模拟盾构机旋转刀盘切削土体的室内试验装置，其特征在于所述框架内设有中间横梁，用于使框架保持平衡。