CN108335607B - 一种隧道施工掌子面坍塌事故模拟体验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道施工掌子面坍塌事故模拟体验装置，该装置由外框架、电动机、气缸、主框架、仿真掌子面、传动系统、回位弹簧、回位滑轮和回位轨道组成。仿真掌子面由仿石装饰板附着在次框架构成，仿真掌子面和次框架分为上部和下部，上部和下部次框架与主框架通过驱动电机的链条、转轴结构连接，通过气缸驱动主框架突然旋转倾覆，形成坍塌事故场景；仿真掌子面完成旋转倾覆动作后与主框一起在气缸带动下复位，仿真掌子面和次框架上部在电动机及链条的带动下下行至便于坠落岩石安装的位置，并通过定滑轮作用于仿真掌子面和次框架下部的轨道上，使其向前倾斜让出上部下行的空间。本发明装置可以模拟出隧道掌子面坍塌的事故环境和效果。

Description

一种隧道施工掌子面坍塌事故模拟体验装置
技术领域
本发明涉及隧道施工安全教育领域，特别涉及一种隧道施工掌子面坍塌事故模拟体验装置。
背景技术
隧道施工一般在地下施工，受地质因素影响，施工环境、工序复杂，并具有不确定危险因素。隧道施工过程中，掌子面是隧道掘进的一个临界面，掘进过程中需要不断重复掌子面开挖工序。受地质条件、隧道断面尺寸、开挖方法、支护措施、人为因素等因素影响，掌子面容易出现局部或大面积坍塌的安全事故，威胁施工作业人员的生命安全。
一方面掌子面作业人员，知识技能具有一定局限性，对掌子面坍塌事故的认识程度不足，从而易忽略造成坍塌的人为因素，增加事故发生的可能性；掌子面作业人员对坍塌事故及坍塌预兆没有经历和印象，因此造成对坍塌事故的安全防范意识不足。另一方面，现有的隧道安全教育一般从理论的角度，以口头纸面的方式进行安全教育，教育效果比较差。因此设计一种能够模拟隧道掌子面坍塌的装置，为教学方提供一种先进的安全教育载体和方式，可供施工人员在动逼真的事故场景中切身体验和学习，最终取得良好的安全教育效果，进而保障隧道施工的安全。
发明内容
本发明目的在于提供一种隧道施工掌子面坍塌事故模拟体验装置，通过隧道掌子面坍塌环境和事故的模拟，可以对施工作业人员进行针对掌子面坍塌事故的体验式的安全教育，以提高隧道施工掌子面作业预防和认知掌子面坍塌事故的水平。
为了实现上述目的，本发明的方案是：一种隧道施工掌子面坍塌事故模拟体验装置，该装置由外框架10、电动机21、气缸22、主框架30、仿真掌子面40、传动系统50、回位弹簧60、回位滑轮72和回位轨道71组成。
仿真掌子面40安装在主框架30上，主框架30安装在外框架10上，主框架30、仿真掌子面40通过固定轴与外框架10连接；外框架10、主框架30和仿真掌子面40均为长方体箱型结构。传动系统50设置在主框架30的内侧；传动系统50通过回位弹簧60与外框架10连接。传动系统50包括顶部齿轮轴51、上部链条52、下部齿轮轴53、下部链条54和固定连接件55；仿真掌子面40包括上部次框架41、仿真石块42、下部次框架43和仿真岩石板44；上部次框架41和下部次框架43分别安装在主框架30的上半部分和下半部分，上部次框架41安装在主框架30内；仿真石块42由轻质材料制成，仿真石块42通过电磁铁吸附在上部次框架41外侧；上部次框架41和下部次框架43的外侧设有仿真岩石板44。顶部齿轮轴51和下部齿轮轴53分别固定在主框架30的上下两端，上部链条52套设在顶部齿轮轴51和下部齿轮轴53之间，下部链条54套设在下部齿轮轴53与电动机21之间；气缸22的活塞与上部次框架41连接。上部次框架41底部的回位滑轮72安装在倾斜轨道71上；上部链条52通过固定连接件55与上部次框架41连接，上部链条52能够带动上部次框架41进行移动，倾斜轨道71设置在下部次框架43的内侧。
本发明的有益效果是：本发明装置可以模拟出隧道掌子面坍塌的事故环境和动态效果，对隧道掌子面施工人员进行互动体验、身临其境形式的安全教育。相对于传统口头纸面教育培训，教育培训形式更加生动有趣并且真实，更容易被操作者接受，从而获得更佳的安全教育培训效果。本发明装置操作简单，可自动复位，安全性能良好。
附图说明
图1本发明结构侧视示意图；
图2本发明结构后视示意图；
具体实施方式
下面结合附图1、附图2和实施例对本发明做详细描述。
如图1、图2，一种隧道施工掌子面坍塌事故模拟体验装置，该装置由外框架10、电动机21、气缸22、主框架30、仿真掌子面40、传动系统50、回位弹簧60、回位滑轮72和回位轨道71组成。
仿真掌子面40安装在主框架30上，主框架30安装在外框架10上，主框架30、仿真掌子面40通过固定轴与外框架10连接；外框架10、主框架30和仿真掌子面40均为长方体箱型结构。传动系统50设置在主框架30的内侧；传动系统50通过回位弹簧60与外框架10连接。传动系统50包括顶部齿轮轴51、上部链条52、下部齿轮轴53、下部链条54和固定连接件55；仿真掌子面40包括上部次框架41、仿真石块42、下部次框架43和仿真岩石板44；上部次框架41和下部次框架43分别安装在主框架30的上半部分和下半部分，上部次框架41安装在主框架30内；仿真石块42由轻质材料制成，仿真石块42通过电磁铁吸附在上部次框架41外侧；上部次框架41和下部次框架43的外侧设有仿真岩石板44。顶部齿轮轴51和下部齿轮轴53分别固定在主框架30的上下两端，上部链条52套设在顶部齿轮轴51和下部齿轮轴53之间，下部链条54套设在下部齿轮轴53与电动机21之间；气缸22的活塞与上部次框架41连接。上部次框架41底部的回位滑轮72安装在倾斜轨道71上；上部链条52通过固定连接件55与上部次框架41连接，上部链条52能够带动上部次框架41进行移动，倾斜轨道71设置在下部次框架43的内侧。
装置触发前主框架30、仿真掌子面40附着的上部次框架41、下部次框架43均在外框架10内，整个装置为一个长方体箱型装置。
实施例1：如图1、图2，一种隧道施工掌子面坍塌事故模拟体验装置，启动前，体验人员站立于仿真掌子面40附近。体验装置开始运行时，气缸22启动向外侧突然伸长运动，带动主框架30、仿真掌子面40以固定轴为中心向前倾覆旋转，同时多处电磁装置及仿真石块42同时启动触发，形成掌子面侧倾坍塌和石块坠落的事故场景，从而使体验者感到事故发生时的震撼和危险。
体验装置触发运行倒位后，体验教育结束，装置可通过开关操作自动复位，三个复位过程连续动作。
第一个复位过程，气缸22向内侧收缩，带动主框架30、仿真掌子面40以固定轴为中心向后旋转回到外框架10内。此时体验装置除电磁装置及仿真石块42外，其他部位回到触发前的状态。
第二个复位过程，电动机21旋转，通过顶部齿轮轴51、上部链条52、下部齿轮轴53、下部链条54、固定连接件55共同作用，使上部次框架41及附着的仿真岩石板44向下运行，同时上部次框架41底部的回位滑轮72作用于倾斜轨道71，倾斜轨道71在回位滑轮72的作用力下，下部次框架43前倾，为上部次框架41让开下行空间。上部次框架41下行到人手可触及的位置停止，手工将电磁装置及仿真石块42复位。
第三个复位过程，电磁装置及仿真石块42复位之后，电动机21旋转反向旋转，上部次框架41及附着的仿真岩石板44向上运行复位；下部次框架43在回位弹簧60的带动下复位。
实施例
一种隧道施工掌子面坍塌事故模拟体验装置，该事故模拟体验装置能够模拟出一个隧道掘进过程中的仿真掌子面及坍塌事故场景，由仿真掌子面、外框架、驱动机构、落石和声效系统组合而成。仿真掌子面在框架、驱动机构的带动下能向前倾覆，同时有仿真岩石坠落和坍塌声效，形成坍塌事故情景和动作。模拟事故完成后能够自动复位。
框架由次框架、主框架、外框架三个部分组成。主框架与外框架在下部采用转轴结构连接，背侧与气缸连接，驱动主框架倾覆旋转和回位。仿真掌子面由仿石装饰板附着在次框架构成，并和主框架上的链条连接，可随主框架和链条一起倾覆旋转和回位。
仿真掌子向外旋转倾覆的同时，其上面的轻质仿真岩石同时坠落。轻质仿真石块内置金属，与仿真掌子面内置的通电电磁铁吸附，断电消磁时坠落。轻质仿真石块不会对体验人员造成身体伤害。
仿真掌子面顶部距地面较高，分为上部和下部，仿真岩石复位时需将掌子面上部下降至人手可触摸的位置。仿真掌子面上部的次框架与主框架通过驱动电机的链条、转轴结构固定连接，链条、转轴结构在电动机及链条的带动下旋转，仿真掌子面上部随之下行至便于坠落岩石安装的位置以及回到原位。
仿真掌子面上部的次框架通过定滑轮作用于仿真掌子面下部次框架的倾斜轨道上，实现上部下行的同时下部向外旋转。仿真掌子面上部复位时，下部框架与外框架之间的弹性拉结材料收缩使其复位。

Claims (1)

1.一种隧道施工掌子面坍塌事故模拟体验装置，其特征在于：该装置由外框架(10)、电动机(21)、气缸(22)、主框架(30)、仿真掌子面(40)、传动系统(50)、回位弹簧(60)、回位滑轮(72)和倾斜轨道(71)组成；
仿真掌子面(40)安装在主框架(30)上，主框架(30)安装在外框架(10)上，主框架(30)、仿真掌子面(40)通过固定轴与外框架(10)连接；外框架(10)、主框架(30)和仿真掌子面(40)均为长方体箱型结构；传动系统(50)设置在主框架(30)的内侧；传动系统(50)通过回位弹簧(60)与外框架(10)连接；传动系统(50)包括顶部齿轮轴(51)、上部链条(52)、下部齿轮轴(53)、下部链条(54)和固定连接件(55)；仿真掌子面(40)包括上部次框架(41)、仿真石块(42)、下部次框架(43)和仿真岩石板(44)；上部次框架(41)和下部次框架(43)分别安装在主框架(30)的上半部分和下半部分，上部次框架(41)安装在主框架(30)内；仿真石块(42)由轻质材料制成，仿真石块(42)通过电磁铁吸附在上部次框架(41)外侧；上部次框架(41)和下部次框架(43)的外侧设有仿真岩石板(44)；顶部齿轮轴(51)和下部齿轮轴(53)分别固定在主框架(30)的上下两端，上部链条(52)套设在顶部齿轮轴(51)和下部齿轮轴(53)之间，下部链条(54)套设在下部齿轮轴(53)与电动机(21)之间；气缸(22)的活塞与上部次框架(41)连接；上部次框架(41)底部的回位滑轮(72)安装在倾斜轨道(71)上；上部链条(52)通过固定连接件(55)与上部次框架(41)连接，上部链条(52)能够带动上部次框架(41)进行移动，倾斜轨道(71)设置在下部次框架(43)的内侧；
装置触发前主框架(30)、仿真掌子面(40)附着的上部次框架(41)、下部次框架(43)均在外框架(10)内，整个装置为一个长方体箱型装置；
启动前，体验人员站立于仿真掌子面(40)附近；体验装置开始运行时，气缸(22)启动向外侧突然伸长运动，带动主框架(30)、仿真掌子面(40)以固定轴为中心向前倾覆旋转，同时多处电磁装置及仿真石块(42)同时启动触发，形成掌子面侧倾坍塌和石块坠落的事故场景，从而使体验者感到事故发生时的震撼和危险；
体验装置触发运行倒位后，体验教育结束，装置可通过开关操作自动复位，三个复位过程连续动作；
第一个复位过程，气缸(22)向内侧收缩，带动主框架(30)、仿真掌子面(40)以固定轴为中心向后旋转回到外框架(10)内；此时体验装置除电磁装置及仿真石块(42)外，其他部位回到触发前的状态；
第二个复位过程，电动机(21)旋转，通过顶部齿轮轴(51)、上部链条(52)、下部齿轮轴(53)、下部链条(54)、固定连接件(55)共同作用，使上部次框架(41)及附着的仿真岩石板(44)向下运行，同时上部次框架(41)底部的回位滑轮(72)作用于倾斜轨道(71)，倾斜轨道(71)在回位滑轮(72)的作用力下，下部次框架(43)前倾，为上部次框架(41)让开下行空间；上部次框架(41)下行到人手可触及的位置停止，手工将电磁装置及仿真石块(42)复位；
第三个复位过程，电磁装置及仿真石块(42)复位之后，电动机(21)旋转反向旋转，上部次框架(41)及附着的仿真岩石板(44)向上运行复位；下部次框架(43)在回位弹簧(60)的带动下复位。
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