CN112761655A - 一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，包括实验台座、玻璃土箱，在玻璃土箱侧壁上开有通孔，通孔内设有初级密封圈，在壳体内设有转轴，电动机的输出端活动贯穿壳体的封闭端外壁后与转轴一端连接，转轴的另一端连接有刀盘，在壳体上分别设有温度传感器、应力传感器；在实验台座上表面设有滑槽，在滑槽底部开有导向槽，导向槽一端至少设有一个支承组件，在导向槽另一端设有弧形的支撑板，支撑板的上表面上设有多个滚珠。本发明在盾构施工之前，即能对刀盘结泥饼的状况进行预实验，通过分析实验结果调整盾构参数，优化施工方案以及刀盘设计，能有效地减少刀盘结泥饼给施工带来的人力、财力损失，保证盾构施工的效率与安全。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工模型试验领域，具体涉及一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统。
背景技术
近几年来，我国铁路、公路隧道的建设飞速发展。无论是设计理论还是施工方法都有了长足的进步，特别是掘进机、盾构机的出现，极大地提高了隧道施工地机械化水平，保障了施工的安全与效益。盾构法指的是利用盾构进行隧道开挖，衬砌作业等的施工方法，适用于在软质地基或破碎岩层中掘进隧道。盾构既是一种施工机具，也作为断面的临时支撑。因此，盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地基段施工。但是，随着盾构机在隧道施工中应用的普及，一些工程难题也逐渐暴露出来。其中对工程危害较大的一点就是刀盘结泥饼。泥饼主要是指盾构刀盘切削下来的细小砂土颗粒、碎屑在刀盘舱内重新聚集而形成的半固结和固结状的块状体。在隧道掘进的过程中，工程人员对盾构刀盘结泥饼这一不利现象的发生愈发重视，研究出了一些整治措施且在隧道工程进行了成功的实践。
目前针对刀盘结泥饼而采取的应对方法主要有：在盾构机上设置泡沫喷嘴和高压水枪，在开挖过程中将切削的土体与泡沫、水等液体混合，防止其结泥饼，同时对刀盘网格、刀具进行冲刷，清理附着的土体。必要时也可人工带压进仓冲洗刀盘。这一系列措施虽然可行，但是都只限于治理阶段，而且治理成本较高。因此，亟需一种实验室系统设备，该系统设备能在室内简单操作，同时能模拟盾构机在不同地质条件下刀盘结泥饼的程度，显示出对应的掘进参数，从而为实际施工提供数据参考与技术指导。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，目的在于提供一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，通过本实验装置进行刀盘的优化设计与比对，做好刀盘固结泥饼的预防工作。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，包括实验台座、玻璃土箱，在玻璃土箱的一侧壁上开有通孔，壳体呈圆柱状且壳体的一端封闭，壳体的开放端活动贯穿通孔后向玻璃土箱内延伸，通孔内设有与壳体外圆周壁匹配的初级密封圈，在实验台座上设有液压缸，液压缸的输出端上连接有电动机，在壳体内设有转轴，电动机的输出端活动贯穿壳体的封闭端外壁后与转轴的一端连接，转轴的另一端连接有刀盘，在壳体上分别设有温度传感器、应力传感器；在所述实验台座上表面还设有与壳体外壁匹配的滑槽，在滑槽底部开有呈矩形的导向槽，导向槽一端至少设有一个支承组件，在导向槽另一端设有弧形的支撑板，支撑板的上表面上设有多个滚珠，初始状态下，置于玻璃土箱外部的壳体下表面与支承组件、滚珠接触。现有技术中，刀盘结泥饼一方面由地质条件造成，例如施工区段多含可塑、硬塑状的粘土地层、粉质粘土层、砂土或泥岩等，这些土层和岩层的力学性能均具有粘聚力大，内摩擦角小的特点，是泥饼形成的物质基础；另一方面，刀盘结泥与刀盘设计缺陷也有着密切的关系，如果刀盘中心开口率过小，粘性颗粒极易在刀盘中心区堆积形成板结泥饼；某些情况下，切削下来的渣土会堵塞刀盘缝隙，网格填满塞实后就会形成泥饼，刀盘结泥饼后，会造成滚刀偏磨、推力和扭矩不断增大、掘进速度明显降低等不利工况的发生，严重影响施工进度，还会损坏盾构机械，频繁地更换刀盘也会增加施工成本；针对上述问题，申请人经过长期研究，设计出一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，在盾构施工之前，即能对刀盘结泥饼的状况进行预实验，通过分析实验结果调整盾构参数，优化施工方案以及刀盘设计，才能有效地减少刀盘结泥饼给施工带来的人力、财力损失，保证盾构施工的效率与安全。
具体操作时，先将施工现场的土体样本转运至玻璃土箱内夯实，启动电动机以及液压缸，使得刀盘与壳体同步做旋转直线运动，即开始对土体样本模拟盾构掘进，设置在壳体上的应力传感器和温度传感器能够分别对处于掘进过程中的壳体、刀盘进行应力以及温度检测，并将检测数据实时发送至控制终端，以方便模拟实验的数据采集，并且在实验过程中，通过更换不同类型的刀盘、注射泡沫和水等浆液模拟刀盘结泥饼的整治措施，重复实验选择刀盘的最优开口率、浆液的最优配合比，最后经过对采集数据的分析验证，为实际工程提供技术指导与参考，进而对施工现场制定出合理的掘进方案；其中，根据土体样本的取样分析，确定施工现场的地质特性，而在整个盾构掘进模拟过程中壳体以及刀盘的移动必须保证沿液压缸输出端的轴线移动，即杜绝壳体或是刀盘有竖直方向上的跳动，对此，申请人在实验台座上设置有滑槽，滑槽底部开设导向槽，支承组件、支撑板均依次安装在导向槽内，壳体分别与支承组件、支撑板上表面以及通孔接触，即保证在前期掘进过程中壳体与试验台座、玻璃土箱有三个支撑接触点，在保证壳体正常转动的同时，避免壳体发生径向跳动，确保温度传感器以及应力传感器所收集的实验数据的精确性。进一步地，设置在导向槽内的支承组件能够将掘进初期刀盘启动所产生的作用应力通过自身的旋转移动来将其缓冲，防止刀盘的掘进线路出现些微的变化。
所述支承组件包括传动轴，在传动轴上对称设置有两个辊筒，且在两个辊筒之间分别设有两个锥形滚轮，且两个锥形滚轮的小直径端相对设置，在传动轴外圆周壁上分别设有两个螺纹段，锥形滚轮与螺纹段螺纹配合。进一步地，支承组件由两个辊筒以及两个锥形滚轮构成，且沿传动轴的轴线，两个锥形滚轮的小直径端相对设置且能与传动轴上的螺纹段配合而发生转动，当壳体外圆周壁的底部与分别辊筒、锥形滚轮接触时，辊筒随传动轴一并转动，锥形滚轮则因与壳体外壁之间的相互摩擦而发生转动，即两个锥形滚轮背向移动，当刀盘上的刀片与土体样本接触时，特别是与多含可塑、硬塑状的粘土地层、粉质粘土层、砂土或泥岩接触时，刀片以及刀盘上的运动会受阻，刀盘所受应力会传导至壳体上，此时，通过锥形滚轮的转动能够将其缓冲销蚀，确保刀盘的正常转动。
在所述实验台座上设置有主机箱，液压缸固定在主机箱的侧壁上，且所述温度传感器与应力传感器通过导线与主机箱电连接。进一步地，温度传感器与应力传感器通过导线与主机箱电连接，能够将刀盘的实时监测数据及时反馈至主机箱上的显示屏上，以供实验参与者参考。
在所述玻璃土箱内部开设有圆形空腔，圆形空腔与所述通孔连通，在所述圆形空腔内壁上设有次级密封环，所述次级密封环的横向截面呈U型，且在次级密封环的内侧壁上设有环形的凸缘，所述壳体贯穿圆形空腔后凸缘与壳体的外圆周壁接触，且在次级密封环的封闭端端面上设置有卡环，且卡环的内侧壁与壳体的外圆周壁之间留有间隙。进一步地，在盾构掘进模拟过程中，壳体内的设置有注射管Ⅰ以及注射管Ⅱ，以便于向玻璃土箱内注入泡沫、水等混合液体，因此在土体样本中会形成泥浆，而壳体与玻璃箱体的连接处存在缝隙，玻璃土箱内的泥浆会沿缝隙溢出，而单一设置的初级密封圈形成的初级密封在多次实验后容易出现磨损，对此，申请人在壳体穿过的玻璃土箱侧壁内开设有与通孔连通的圆形空腔，圆形空腔内设有次级密封环，次级密封环套设在壳体外圆周壁上，次级密封环的横向截面呈U型，即次级密封环由同轴的内环与外环构成，内环与外环同一侧端面通过橡胶环连接，且在内环的内侧壁上设有凸缘，而外环的外侧壁与圆形空腔的内壁连接，卡环与橡胶环的侧壁连接，当壳体在掘进过程中产生小幅度的径向跳动时，壳体外壁与凸缘直接接触，而卡环与壳体外壁之间留有间隙，卡环、内环以及凸缘形成一个整体，卡环套设在壳体上时壳体会对卡环内壁产生一个反方向的支撑力，进而使得壳体、卡环以及凸缘之间保持相对的静止，即确保凸缘始终保持与壳体外壁贴合，保证次级密封效果。
所述卡环由固体自润滑材料制成。作为优选，在外环与橡胶环的连接处设置有弹性金属板，以增加次级密封环的韧性，而在当壳体在掘进过程中产生小幅度的径向跳动时，卡环与壳体接触后能降低卡环的摩擦系数，降低卡环本身的磨损，并且在壳体外壁与卡环内壁之间形成一个润滑膜，确保壳体的旋转直线运动正常进行。
在所述圆形空腔内壁上设有多个套筒，所述套筒一端开放且另一端封闭，在套筒靠近其封闭端的外圆周壁上对称设置有两个导孔，且沿套筒的轴线在导孔内壁上设有连杆，连杆的中部通过扭簧与导孔的侧壁连接，在所述套筒封闭端的内壁上设有压缩弹簧，在压缩弹簧的端部设有顶板，所述连杆远离套筒封闭端的一端端部设有牵引绳，牵引绳与顶板的侧壁连接，在次级密封环的U型区域内壁上设有调节弹簧，调节弹簧穿过套筒的开放端后延伸至与顶板侧壁接触；初始状态下，连杆与所述套筒的轴线平行且完全置于导孔内，当调节弹簧受力产生形变后带动顶板朝靠近套筒封闭端内壁的方向移动，连杆靠近套筒封闭端的端部从导孔中移出至与次级密封环的U型区域侧壁接触。进一步地，根据土体样本的特性，在模拟硬质岩层盾构掘进时，壳体或是刀盘会产生较大幅度的径向跳动，此时，单纯依靠次级密封圈或是卡环无法将径向跳动产生的作用应力消除，对此，申请人在内环与外环之间设置套筒，套筒的两侧壁上开有导孔，连杆中部铰接设置在导孔内，在径向跳动产生时，壳体会对凸缘以及内环产生挤压，即次级密封环的U型区域会受到挤压而发生形变，而壳体作用至次级密封环上的应力通过卡环传递，卡环的产生位移时会带动橡胶环形变，即橡胶环会朝靠近套筒开放端的方向突出，而位于橡胶环上的调节弹簧在随橡胶环形变时会带动顶板朝套筒封闭端的方向移动，与顶板两端连接的牵引绳带动连杆发生旋转，连杆的端部从导孔中移出后直接作用至内环的外侧壁上，进而对内环形成一定支撑，避免内环的形变量过大；其中，套筒的个数为多个，能对外环与内环之间的区域进行覆盖，即不管壳体的跳动方向如何，内环的形变均在可控范围之内，进而确保次级密封的持续有效。在顶板移动的同时，压缩弹簧受力被压缩，在壳体的径向跳动结束后，压缩弹簧回复形变，进而带动顶板、牵引绳以及连杆复位。
在所述连杆靠近套筒封闭端的端部上设有挡板，挡板与连杆垂直。作为优选，在连杆的靠近套筒封闭端的端部上设有挡板，且挡板呈与内环外壁相匹配的弧形，在挡板对内环进行支撑时，能避免挡板与内环之间产生硬性碰撞损伤。
所述连杆的轴向长度为导孔长度的三分之二。作为优选，连杆的轴向长度为导孔的三分之二，在保证连杆在导孔中正常进出的前提下，还能避免连杆对外环的内壁以及内环的外壁产生过度挤压。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，在盾构施工之前，即能对刀盘结泥饼的状况进行预实验，通过分析实验结果调整盾构参数，优化施工方案以及刀盘设计，才能有效地减少刀盘结泥饼给施工带来的人力、财力损失，保证盾构施工的效率与安全；
2、本发明一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，在实验台座上设置有滑槽，滑槽底部开设导向槽，支承组件、支撑板均依次安装在导向槽内，壳体分别与支承组件、支撑板上表面以及通孔接触，即保证在前期掘进过程中壳体与试验台座、玻璃土箱有三个支撑接触点，在保证壳体正常转动的同时，避免壳体发生径向跳动，确保温度传感器以及应力传感器所收集的实验数据的精确性；
3、本发明一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，通过行走系统中的主动、被动行走机构的电磁体通电及断电作用，实现沿正交异性板的U型肋板的纵向移动；
4、本发明一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，当壳体在掘进过程中产生小幅度的径向跳动时，壳体外壁与凸缘直接接触，而卡环与壳体外壁之间留有间隙，卡环、内环以及凸缘形成一个整体，卡环套设在壳体上时壳体会对卡环内壁产生一个反方向的支撑力，进而使得壳体、卡环以及凸缘之间保持相对的静止，即确保凸缘始终保持与壳体外壁贴合，保证次级密封效果；
5、本发明一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，在径向跳动产生时，壳体会对凸缘以及内环产生挤压，即次级密封环的U型区域会受到挤压而发生形变，而壳体作用至次级密封环上的应力通过卡环传递，卡环的产生位移时会带动橡胶环形变，即橡胶环会朝靠近套筒开放端的方向突出，而位于橡胶环上的调节弹簧在随橡胶环形变时会带动顶板朝套筒封闭端的方向移动，与顶板两端连接的牵引绳带动连杆发生旋转，连杆的端部从导孔中移出后直接作用至内环的外侧壁上，进而对内环形成一定支撑，避免内环的形变量过大。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为盾构刀盘的结构示意图；
图4为盾构刀盘的导线铺设图；
图5为推进结构的结构示意图；
图6为玻璃土箱侧板的结构示意图；
图7为传动轴的结构示意图；
图8为图6中A处的放大图；
图9为套筒的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-刀盘，2-温度传感器，3-刀片，4-壳体，5-应力传感器，6-转轴，7-注射管Ⅰ，8-注射管Ⅱ，9-实验台座，10-主机箱，11-滑槽，12-液压缸，13-玻璃土箱，14-初级密封圈，15-电动机，16-预留导线孔，17-导线，18-通孔，19-次级密封环，20-金属板，21-凸缘，22-卡环，23-导向槽，24-传动轴，25-支撑板，26-滚珠，27-辊筒，28-螺纹段，29-锥形滚轮，30-套筒，31-调节弹簧，32-压缩弹簧，33-挡板，34-导孔，35-扭簧，36-连杆，37-牵引绳，38-顶板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1至图9所示，本实施例包括实验台座9、玻璃土箱13，在玻璃土箱13的一侧壁上开有通孔18，壳体4呈圆柱状且壳体4的一端封闭，壳体4的开放端活动贯穿通孔18后向玻璃土箱13内延伸，通孔18内设有与壳体4外圆周壁匹配的初级密封圈14，在实验台座9上设有液压缸12，液压缸12的输出端上连接有电动机15，在壳体4内设有转轴6，电动机15的输出端活动贯穿壳体4的封闭端外壁后与转轴6的一端连接，转轴6的另一端连接有刀盘1，在壳体4上分别设有温度传感器2、应力传感器5；在所述实验台座9上表面还设有与壳体4外壁匹配的滑槽11，在滑槽11底部开有呈矩形的导向槽23，导向槽23一端至少设有一个支承组件，在导向槽23另一端设有弧形的支撑板25，支撑板25的上表面上设有多个滚珠26，初始状态下，置于玻璃土箱13外部的壳体4下表面与支承组件、滚珠26接触。
具体操作时，先将施工现场的土体样本转运至玻璃土箱13内夯实，启动电动机15以及液压缸12，使得刀盘1与壳体4同步做旋转直线运动，即开始对土体样本模拟盾构掘进，设置在壳体4上的应力传感器5和温度传感器2能够分别对处于掘进过程中的壳体4、刀盘1进行应力以及温度检测，并将检测数据实时发送至控制终端，以方便模拟实验的数据采集，并且在实验过程中，通过更换不同类型的刀盘1、注射泡沫和水等浆液模拟刀盘1结泥饼的整治措施，重复实验选择刀盘1的最优开口率、浆液的最优配合比，最后经过对采集数据的分析验证，为实际工程提供技术指导与参考，进而对施工现场制定出合理的掘进方案；其中，根据土体样本的取样分析，确定施工现场的地质特性，而在整个盾构掘进模拟过程中壳体4以及刀盘1的移动必须保证沿液压缸12输出端的轴线移动，即杜绝壳体4或是刀盘1有竖直方向上的跳动，对此，本实施例在实验台座9上设置有滑槽11，滑槽11底部开设导向槽23，支承组件、支撑板25均依次安装在导向槽23内，壳体4分别与支承组件、支撑板25上表面以及通孔18接触，即保证在前期掘进过程中壳体4与试验台座、玻璃土箱13有三个支撑接触点，在保证壳体4正常转动的同时，避免壳体4发生径向跳动，确保温度传感器2以及应力传感器5所收集的实验数据的精确性。进一步地，设置在导向槽23内的支承组件能够将掘进初期刀盘1启动所产生的作用应力通过自身的旋转移动来将其缓冲，防止刀盘1的掘进线路出现些微的变化。
所述支承组件包括传动轴24，在传动轴24上对称设置有两个辊筒27，且在两个辊筒27之间分别设有两个锥形滚轮29，且两个锥形滚轮29的小直径端相对设置，在传动轴24外圆周壁上分别设有两个螺纹段28，锥形滚轮29与螺纹段28螺纹配合。支承组件由两个辊筒27以及两个锥形滚轮29构成，且沿传动轴24的轴线，两个锥形滚轮29的小直径端相对设置且能与传动轴24上的螺纹段28配合而发生转动，当壳体4外圆周壁的底部与分别辊筒27、锥形滚轮29接触时，辊筒27随传动轴24一并转动，锥形滚轮29则因与壳体4外壁之间的相互摩擦而发生转动，即两个锥形滚轮29背向移动，当刀盘1上的刀片3与土体样本接触时，特别是与多含可塑、硬塑状的粘土地层、粉质粘土层、砂土或泥岩接触时，刀片3以及刀盘1上的运动会受阻，刀盘1所受应力会传导至壳体4上，此时，通过锥形滚轮29的转动能够将其缓冲销蚀，确保刀盘1的正常转动。
实施例2
如图1所示，本实施例在实施例1的基础之上，在所述实验台座9上设置有主机箱10，液压缸12固定在主机箱10的侧壁上，且所述温度传感器2与应力传感器5通过导线17与主机箱10电连接。温度传感器2与应力传感器5通过导线17经设置在壳体4上的预留导线孔16与主机箱10电连接，能够将刀盘1的实时监测数据及时反馈至主机箱10上的显示屏上，以供实验参与者参考。
实施例3
如图1至图9所示，本实施例在实施例1的基础之上，在所述玻璃土箱13内部开设有圆形空腔，圆形空腔与所述通孔18连通，在所述圆形空腔内壁上设有次级密封环19，所述次级密封环19的横向截面呈U型，且在次级密封环19的内侧壁上设有环形的凸缘21，所述壳体4贯穿圆形空腔后凸缘21与壳体4的外圆周壁接触，且在次级密封环19的封闭端端面上设置有卡环22，且卡环22的内侧壁与壳体4的外圆周壁之间留有间隙。、在盾构掘进模拟过程中，壳体4内的设置有注射管Ⅰ7以及注射管Ⅱ8，以便于向玻璃土箱13内注入泡沫、水等混合液体，因此在土体样本中会形成泥浆，而壳体4与玻璃箱体的连接处存在缝隙，玻璃土箱13内的泥浆会沿缝隙溢出，而单一设置的初级密封圈14形成的初级密封在多次实验后容易出现磨损，对此，本实施例在壳体4穿过的玻璃土箱13侧壁内开设有与通孔18连通的圆形空腔，圆形空腔内设有次级密封环19，次级密封环19套设在壳体4外圆周壁上，次级密封环19的横向截面呈U型，即次级密封环19由同轴的内环与外环构成，内环与外环同一侧端面通过橡胶环连接，且在内环的内侧壁上设有凸缘21，而外环的外侧壁与圆形空腔的内壁连接，卡环22与橡胶环的侧壁连接，当壳体4在掘进过程中产生小幅度的径向跳动时，壳体4外壁与凸缘21直接接触，而卡环22与壳体4外壁之间留有间隙，卡环22、内环以及凸缘21形成一个整体，卡环22套设在壳体4上时壳体4会对卡环22内壁产生一个反方向的支撑力，进而使得壳体4、卡环22以及凸缘21之间保持相对的静止，即确保凸缘21始终保持与壳体4外壁贴合，保证次级密封效果。
作为优选，在外环与橡胶环的连接处设置有弹性金属板20，以增加次级密封环19的韧性，而在当壳体4在掘进过程中产生小幅度的径向跳动时，卡环22与壳体4接触后能降低卡环22的摩擦系数，降低卡环22本身的磨损，并且在壳体4外壁与卡环22内壁之间形成一个润滑膜，确保壳体4的旋转直线运动正常进行。
实施例4
如图1至图9所示，本实施例在实施例1的基础之上，在所述圆形空腔内壁上设有多个套筒30，所述套筒30一端开放且另一端封闭，在套筒30靠近其封闭端的外圆周壁上对称设置有两个导孔34，且沿套筒30的轴线在导孔34内壁上设有连杆36，连杆36的中部通过扭簧35与导孔34的侧壁连接，在所述套筒30封闭端的内壁上设有压缩弹簧32，在压缩弹簧32的端部设有顶板38，所述连杆36远离套筒30封闭端的一端端部设有牵引绳37，牵引绳37与顶板38的侧壁连接，在次级密封环19的U型区域内壁上设有调节弹簧31，调节弹簧31穿过套筒30的开放端后延伸至与顶板38侧壁接触；初始状态下，连杆36与所述套筒30的轴线平行且完全置于导孔34内，当调节弹簧31受力产生形变后带动顶板38朝靠近套筒30封闭端内壁的方向移动，连杆36靠近套筒30封闭端的端部从导孔34中移出至与次级密封环19的U型区域侧壁接触。根据土体样本的特性，在模拟硬质岩层盾构掘进时，壳体4或是刀盘1会产生较大幅度的径向跳动，此时，单纯依靠次级密封圈或是卡环22无法将径向跳动产生的作用应力消除，对此，申请人在内环与外环之间设置套筒30，套筒30的两侧壁上开有导孔34，连杆36中部铰接设置在导孔34内，在径向跳动产生时，壳体4会对凸缘21以及内环产生挤压，即次级密封环19的U型区域会受到挤压而发生形变，而壳体4作用至次级密封环19上的应力通过卡环22传递，卡环22的产生位移时会带动橡胶环形变，即橡胶环会朝靠近套筒30开放端的方向突出，而位于橡胶环上的调节弹簧31在随橡胶环形变时会带动顶板38朝套筒30封闭端的方向移动，与顶板38两端连接的牵引绳37带动连杆36发生旋转，连杆36的端部从导孔34中移出后直接作用至内环的外侧壁上，进而对内环形成一定支撑，避免内环的形变量过大；其中，套筒30的个数为多个，能对外环与内环之间的区域进行覆盖，即不管壳体4的跳动方向如何，内环的形变均在可控范围之内，进而确保次级密封的持续有效。在顶板38移动的同时，压缩弹簧32受力被压缩，在壳体4的径向跳动结束后，压缩弹簧32回复形变，进而带动顶板38、牵引绳37以及连杆36复位。
作为优选，在连杆36的靠近套筒30封闭端的端部上设有挡板33，且挡板33呈与内环外壁相匹配的弧形，在挡板33对内环进行支撑时，能避免挡板33与内环之间产生硬性碰撞损伤。
作为优选，连杆36的轴向长度为导孔34的三分之二，在保证连杆36在导孔34中正常进出的前提下，还能避免连杆36对外环的内壁以及内环的外壁产生过度挤压。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，其特征在于，包括实验台座(9)、玻璃土箱(13)，在玻璃土箱(13)的一侧壁上开有通孔(18)，壳体(4)呈圆柱状且壳体(4)的一端封闭，壳体(4)的开放端活动贯穿通孔(18)后向玻璃土箱(13)内延伸，通孔(18)内设有与壳体(4)外圆周壁匹配的初级密封圈(14)，在实验台座(9)上设有液压缸(12)，液压缸(12)的输出端上连接有电动机(15)，在壳体(4)内设有转轴(6)，电动机(15)的输出端活动贯穿壳体(4)的封闭端外壁后与转轴(6)的一端连接，转轴(6)的另一端连接有刀盘(1)，在壳体(4)上分别设有温度传感器(2)、应力传感器(5)；在所述实验台座(9)上表面还设有与壳体(4)外壁匹配的滑槽(11)，在滑槽(11)底部开有呈矩形的导向槽(23)，导向槽(23)一端至少设有一个支承组件，在导向槽(23)另一端设有弧形的支撑板(25)，支撑板(25)的上表面上设有多个滚珠(26)，初始状态下，置于玻璃土箱(13)外部的壳体(4)下表面与支承组件、滚珠(26)接触。
2.根据权利要求1所述的一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，其特征在于，所述支承组件包括传动轴(24)，在传动轴(24)上对称设置有两个辊筒(27)，且在两个辊筒(27)之间分别设有两个锥形滚轮(29)，且两个锥形滚轮(29)的小直径端相对设置，在传动轴(24)外圆周壁上分别设有两个螺纹段(28)，锥形滚轮(29)与螺纹段(28)螺纹配合。
3.根据权利要求1所述的一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，其特征在于，在所述实验台座(9)上设置有主机箱(10)，液压缸(12)固定在主机箱(10)的侧壁上，且所述温度传感器(2)与应力传感器(5)通过导线(17)与主机箱(10)电连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，其特征在于，在所述玻璃土箱(13)内部开设有圆形空腔，圆形空腔与所述通孔(18)连通，在所述圆形空腔内壁上设有次级密封环(19)，所述次级密封环(19)的横向截面呈U型，且在次级密封环(19)的内侧壁上设有环形的凸缘(21)，所述壳体(4)贯穿圆形空腔后凸缘(21)与壳体(4)的外圆周壁接触，且在次级密封环(19)的封闭端端面上设置有卡环(22)，且卡环(22)的内侧壁与壳体(4)的外圆周壁之间留有间隙。
5.根据权利要求4所述的一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，其特征在于，所述卡环(22)由固体自润滑材料制成。
6.根据权利要求4所述的一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，其特征在于，在所述圆形空腔内壁上设有多个套筒(30)，所述套筒(30)一端开放且另一端封闭，在套筒(30)靠近其封闭端的外圆周壁上对称设置有两个导孔(34)，且沿套筒(30)的轴线在导孔(34)内壁上设有连杆(36)，连杆(36)的中部通过扭簧(35)与导孔(34)的侧壁连接，在所述套筒(30)封闭端的内壁上设有压缩弹簧(32)，在压缩弹簧(32)的端部设有顶板(38)，所述连杆(36)远离套筒(30)封闭端的一端端部设有牵引绳(37)，牵引绳(37)与顶板(38)的侧壁连接，在次级密封环(19)的U型区域内壁上设有调节弹簧(31)，调节弹簧(31)穿过套筒(30)的开放端后延伸至与顶板(38)侧壁接触；初始状态下，连杆(36)与所述套筒(30)的轴线平行且完全置于导孔(34)内，当调节弹簧(31)受力产生形变后带动顶板(38)朝靠近套筒(30)封闭端内壁的方向移动，连杆(36)靠近套筒(30)封闭端的端部从导孔(34)中移出至与次级密封环(19)的U型区域侧壁接触。
7.根据权利要求6所述的一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，其特征在于，在所述连杆(36)靠近套筒(30)封闭端的端部上设有挡板(33)，挡板(33)与连杆(36)垂直。
8.根据权利要求7所述的一种用于调控盾构刀盘结泥饼的模拟系统，其特征在于，所述连杆(36)的轴向长度为导孔(34)长度的三分之二。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20220311 |