CN113252443B - 一种盾构刀具检测试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构刀具检测试验装置，包括机体，所述机体的内部设有竖筒，所述竖筒的内部滑动连接有竖杆，所述竖杆的底部设置有紧固单元。该盾构刀具的性能检测试验装置，通过机体、托板、制浆桶、竖筒、竖杆和紧固单元之间的配合，可通过齿板与直齿轮、齿板底部螺旋槽和凸块的啮合连接，使得齿板转动时滑块可带动挡块同时向心或离心滑动，进而可对不同型号的盾构刀具进行安装，提升检测试验效率，同时，通过卡块与挡块的滑动连接，可对安装后的盾构刀具进行防脱，保证检测稳定性，可通过圆杆与圆筒的滑动连接，以及圆杆与锥槽的活动连接，使得制浆桶可轴向定位切换，提升检测数据可靠性，保证检测的精度。

Description

一种盾构刀具检测试验装置

技术领域

本发明涉及盾构刀具检测装置技术领域，具体为一种盾构刀具检测试验装置。

背景技术

目前，关于盾构刀具磨损的试验多以岩石磨蚀性试验为主，且采用与刀具材料相同的钢针、钢珠等代替刀具，与真实刀具的磨损情况存在差异。另外线性切割机与回转切割机试验也是目前较多采用的室内试验方法，但其可模拟的试验情况较为单一，且与盾构刀具在实际工作情况上有所不同。为探究不同盾构施工掘进参数、不同地层条件.不同的刀具型式和配置、泥浆改良材料等各类因素对刀具磨损的影响，需要设计相应的试验装置在考虑刀具的真实工作状态的情况下，对盾构刀具磨损机理与磨损量进行研究。

经检索：2020年02月27日公开的CN111289203A一种进行盾构机刀具室内碰撞试验的装置和方法，模型刀具安装在模型刀盘上，数据采集系统通过观察窗观测模型刀具碰撞时的物理现象，数据监测装置监测模型刀盘的转速情况，可观测并记录模型刀具碰撞瞬间的物理现象，可探究盾构刀具碰撞的力学模型及碰撞对刀具的影响，为盾构刀具碰撞机理与碰撞破坏的相关研究提供科学依据。

现有技术中的盾构刀具的性能检测试验装置在使用时，不可快速对不同型号的盾构刀具进行安装，影响检测试验效率，安装后的盾构刀具容易脱离，影响检测稳定性，制浆桶不可轴向定位切换，无法实现多种情况集中检测，试验检测过程没有真实还原现场条件，如一般盾构刀具在使用过程，容易结泥饼需要加水润滑，而现有技术无法加水润滑，影响检测数据可靠性，进而降低检测的精度，同时试验检测无法对使用后的盾构刀具进行冲洗，导致污垢残留后影响检测精度，实用性较佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盾构刀具检测试验装置，以解决上述背景技术中提出的现有技术中的盾构刀具的性能检测试验装置在使用时，不可快速对不同型号的盾构刀具进行安装，影响检测试验效率，安装后的盾构刀具容易脱离，影响检测稳定性的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种盾构刀具检测试验装置，包括机体，所述机体的内部设有竖筒，所述竖筒的内部滑动连接有竖杆，所述竖杆的底部设置有紧固单元；

所述紧固单元包括圆箱、滑块、凸块、齿板、直齿轮、驱动马达、挡块、卡块和弹簧一；

所述圆箱固接于竖杆的底部，所述圆箱的底部滑槽环形等距滑动连接有多个滑块，所述滑块的顶部设置有凸块，所述凸块与齿板的底部螺旋槽啮合连接，所述齿板的外壁通过滚珠轴承与圆箱的内部转动连接，且齿板的顶部一侧啮合连接有直齿轮，所述直齿轮与驱动马达的转轴键连接，所述驱动马达固定安装于圆箱的侧壁上，所述滑块的底部固定设置有挡块，所述挡块的外端通过凹槽滑动连接有卡块，所述卡块的内端通过弹簧一与凹槽内壁固定连接。

优选的，所述机体的内腔顶部一侧固定安装有伺服电机，所述伺服电机的输出端和竖筒的外壁上方均键连接有锥齿轮，所述锥齿轮的内端啮合连接。

优选的，所述机体的内腔顶部固定安装有伸缩气缸，所述伸缩气缸的伸缩端固接有支板，所述支板的一侧通过滚珠轴承与竖杆的外壁转动连接。

优选的，所述机体的内部设置有托板，所述托板的顶部嵌入槽内放置有制浆桶。

优选的，所述制浆桶呈环形等距设置在托板的顶部，且最右侧的所述制浆桶的位置与圆箱的位置纵向对应。

优选的，所述托板的底部设置有切换单元；

所述切换单元包括立柱、圆筒、圆杆、弹簧二和锥槽；

所述立柱设置在托板的底部中心，且立柱的外壁通过滚珠轴承与托板的底部中心转动连接，所述立柱的底部与机体固定连接，所述立柱的一侧设置有圆筒，所述圆筒与机体固定连接，所述圆筒的内壁滑动连接有圆杆，且圆杆的顶部与托板的底部的锥槽活动卡接，所述圆杆与圆筒之间设置有弹簧二，所述弹簧二的一端与圆杆固定连接，所述弹簧二的另一端与圆筒的内壁固定连接。

优选的，所述锥槽位于制浆桶的正下方。

优选的，所述机体的内部上方设置有清洗单元；

所述清洗单元包括水箱、水泵、曲管和喷头；

所述水箱固定安装于机体的内腔顶部，所述水箱的底部安装有水泵，所述水泵的一端与水箱相连通，所述水泵的另一端固接有曲管，且曲管与水泵相连通，所述曲管的末端固定设置有喷头，所述喷头的出水侧面向水箱的底部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该盾构刀具的性能检测试验装置，相对比于传统技术，具有以下优点：

通过机体、托板、制浆桶、竖筒、竖杆和紧固单元之间的配合，使得该装置在使用时，可通过齿板与直齿轮、齿板底部螺旋槽和凸块的啮合连接，使得齿板转动时滑块可带动挡块同时向心或离心滑动，进而可对不同型号的盾构刀具进行安装，提升检测试验效率；

同时，通过卡块与挡块的滑动连接，可对安装后的盾构刀具进行防脱，保证检测稳定性。

通过机体、托板、制浆桶、竖筒、竖杆和切换单元之间的配合，使得该装置在使用时，可通过圆杆与圆筒的滑动连接，以及圆杆与锥槽的活动连接，使得制浆桶可轴向定位切换，提升检测数据可靠性，保证检测的精度；

通过机体、托板、制浆桶、竖筒、竖杆和切换清洗单元的配合，使得该装置在使用时，可通过水泵可将水箱内水通过喷头喷出，进而可对使用后的盾构刀具进行冲洗，避免污垢残留影响检测精度，实用性更佳。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的剖视结构示意图；

图3为图1中水箱、挡块和齿板的结构示意图；

图4为图1中圆筒、圆杆和弹簧一的结构示意图；

图5为图1中伺服电机、锥齿轮和竖筒的结构示意图；

图6为图3中挡块、卡块和弹簧一的结构示意图。

图中：1、机体，2、托板，3、制浆桶，4、竖筒，5、竖杆，6、紧固单元，601、圆箱，602、滑块，603、凸块，604、齿板，605、直齿轮，606、驱动马达，607、挡块，608、卡块，609、弹簧一，7、切换单元，701、立柱，702、圆筒，703、圆杆，704、弹簧二，705、锥槽，8、清洗单元，801、水箱，802、水泵，803、曲管，804、喷头，9、伺服电机，10、锥齿轮，11、伸缩气缸，12、支板。

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。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种盾构刀具检测试验装置，包括机体1，机体1的内部设有竖筒4，竖筒4的内部滑动连接有竖杆5，竖杆5可在竖筒4内滑动，且可随着竖筒4同时转动，机体1的内腔顶部一侧固定安装有伺服电机9，伺服电机9是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。伺服电机9的输出端和竖筒5的外壁上方均键连接有锥齿轮10，锥齿轮10用来传递两相交轴之间的运动和动力，在一般机械中，锥齿轮两轴之间的交角等于90°（但也可以不等于90°）。与圆柱齿轮类似，锥齿轮有分度圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥和基圆锥。圆锥体有大端和小端，其对应大端的圆分别称为分度圆（其半径为r）、齿顶圆、齿根圆和基圆。一对锥齿轮的运动相当于一对节圆锥作纯滚动，锥齿轮10的内端啮合连接，锥齿轮10使得竖筒4可随着伺服电机9同时转动，机体1的内腔顶部固定安装有伸缩气缸11，伸缩气缸11的伸缩端固接有支板12，支板12的一侧通过滚珠轴承与竖杆5的外壁转动连接，竖杆5的底部设置有紧固单元6，紧固单元6包括圆箱601、滑块602、凸块603、齿板604、直齿轮605、驱动马达606、挡块607、卡块608和弹簧一609，圆箱601固接于竖杆5的底部，圆箱601的底部滑槽环形等距滑动连接有多个滑块602，滑块604具体为四个，且呈环形等距分布，滑块602的顶部设置有凸块603，凸块603与齿板604的底部螺旋槽啮合连接，齿板604转动时可带动凸块603同时向心或离心运动，进而通过滑块602带动挡块607同时内缩或外扩，齿板604为圆板和齿圈同心焊接而成，齿板604的外壁通过滚珠轴承与圆箱601的内部转动连接，且齿板604的顶部一侧啮合连接有直齿轮605，直齿是齿轮的一种分类方式。按照一对齿轮轴线的相对位置和齿向（两周是否平行）分为平面齿轮转动和空间齿轮转动；按照齿轮的工作条件不同可分为开式传动和闭式传动；按照轮齿或齿廓的形状分为直齿、斜齿、人字齿、或直齿、曲齿，直齿轮605与驱动马达606的转轴键连接，驱动马达606固定安装于圆箱601的侧壁上，驱动马达606可带动齿板604转动，滑块602的底部固定设置有挡块607，挡块607的外端通过凹槽滑动连接有卡块608，卡块608的内端通过弹簧一609与凹槽内壁固定连接，弹簧一609给予卡块608向外的力；

通过机体、托板、制浆桶、竖筒、竖杆和紧固单元之间的配合，使得该装置在使用时，可通过齿板与直齿轮、齿板底部螺旋槽和凸块的啮合连接，使得齿板转动时滑块可带动挡块同时向心或离心滑动，进而可对不同型号的盾构刀具进行安装，提升检测试验效率；

同时，通过卡块与挡块的滑动连接，可对安装后的盾构刀具进行防脱，保证检测稳定性。

机体1的内部设置有托板2，托板2的顶部嵌入槽内放置有制浆桶3，制浆桶3的内部可装填不同密度的浆料，进而模拟不同的试验环境，制浆桶3呈环形等距设置在托板2的顶部，且最右侧的制浆桶3的位置与圆箱601的位置纵向对应，托板2的底部设置有切换单元7，切换单元7包括立柱701、圆筒702、圆杆703、弹簧二704和锥槽705，立柱701设置在托板3的底部中心，且立柱701的外壁通过滚珠轴承与托板3的底部中心转动连接，立柱701的底部与机体1固定连接，立柱701的一侧设置有圆筒702，圆筒702与机体1固定连接，圆筒702的内壁滑动连接有圆杆703，圆杆703的顶部为球面，且圆杆703的顶部与托板4的底部的锥槽705活动卡接，锥槽705的内壁为内锥面，使得圆杆703受力时可脱离锥槽705，锥槽705位于制浆桶3的正下方，圆杆703与圆筒702之间设置有弹簧二704，弹簧二704的一端与圆杆703固定连接，弹簧二704的另一端与圆筒702的内壁固定连接，弹簧二704给予圆杆703嵌入锥槽705的力；

通过机体、托板、制浆桶、竖筒、竖杆和切换单元之间的配合，使得该装置在使用时，可通过圆杆与圆筒的滑动连接，以及圆杆与锥槽的活动连接，使得制浆桶可轴向定位切换，制浆桶可放入不同环境模拟，如可放入混凝土块、固液结合体、花岗岩块等，方便多次检测，提升检测数据可靠性，保证检测的精度。

机体1的内部上方设置有清洗单元8，清洗单元8包括水箱801、水泵802、曲管803和喷头804，水箱801固定安装于机体1的内腔顶部，水箱801的底部安装有水泵802，水泵802是输送液体或使液体增压的机械。盾构刀具在现实使用容易结泥饼的问题，需要加水润滑，清洗单元8不仅可以对盾构刀具进行冲洗，还可以在试验过程根据不同工作情况，在盾构刀具检测工作时加水，使得试验更加贴合实际情况，得出的数据更加准确。

水泵802的一端与水箱801相连通，水泵802可将水箱801内水高压泵出，水泵802的另一端固接有曲管803，且曲管803与水泵802相连通，曲管803的末端固定设置有喷头804，喷头804的出水侧面向水箱601的底部，这样设计可在检测完对盾构刀具进行冲洗；

通过机体、托板、制浆桶、竖筒、竖杆和切换清洗单元的配合，使得该装置在使用时，可通过水泵可将水箱内水通过喷头喷出，进而可对使用后的盾构刀具进行冲洗，避免污垢残留影响检测精度，实用性更佳。

本实施例的工作原理：首先将驱动马达606、伺服电机9和水泵802均接通外接电源，将盾构刀具安装孔套在多个挡块607的外侧，此时通过齿板604与直齿轮605、齿板604底部螺旋槽和凸块603的啮合连接，使得齿板604转动时滑块602可带动挡块607同时向心或离心滑动，进而可对不同型号的盾构刀具进行安装，提升检测试验效率，同时，通过卡块608与挡块607的滑动连接，可对安装后的盾构刀具进行防脱，通过锥齿轮10的啮合连接，在伺服电机9的作用下可带动盾构刀具转动，在伸缩气缸11的作用下，使得旋转的盾构刀具可推近或回收，进而使得盾构刀具整体嵌入制浆桶3内部对盾构刀具进行检测，通过圆杆703与圆筒702的滑动连接，以及圆杆703与锥槽705的活动连接，使得制浆桶3可轴向定位切换，可以满足多种试验环境集中检测；盾构刀具在检测使用过程，可以实现加水润滑，真实模拟现场试验条件进而提高检测数据可靠性，进而提高检测的精度，同时，通过水泵802可将水箱801内水通过喷头804喷出，进而可对使用后的盾构刀具进行冲洗，避免污垢残留影响检测精度，实用性更佳。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端” 、 “顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中， 除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、 “连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种盾构刀具检测试验装置，包括机体（1），其特征在于：所述机体（1）的内部设有竖筒（4），所述竖筒（4）的内部滑动连接有竖杆（5），所述竖杆（5）的底部设置有紧固单元（6）；所述机体（1）的内部设置有托板（2），所述托板（2）的顶部嵌入槽内放置有制浆桶（3）；

所述紧固单元（6）包括圆箱（601）、滑块（602）、凸块（603）、齿板（604）、直齿轮（605）、驱动马达（606）、挡块（607）、卡块（608）和弹簧一（609）；

所述圆箱（601）固接于竖杆（5）的底部，所述圆箱（601）的底部滑槽环形等距滑动连接有多个滑块（602），所述滑块（602）的顶部设置有凸块（603），所述凸块（603）与齿板（604）的底部螺旋槽啮合连接，所述齿板（604）的外壁通过滚珠轴承与圆箱（601）的内部转动连接，且齿板（604）的顶部一侧啮合连接有直齿轮（605），所述直齿轮（605）与驱动马达（606）的转轴键连接，所述驱动马达（606）固定安装于圆箱（601）的侧壁上，所述滑块（602）的底部固定设置有挡块（607），所述挡块（607）的外端通过凹槽滑动连接有卡块（608），所述卡块（608）的内端通过弹簧一（609）与凹槽内壁固定连接；

所述托板（2）的底部设置有切换单元（7）；

所述切换单元（7）包括立柱（701）、圆筒（702）、圆杆（703）、弹簧二（704）和锥槽（705）；所述立柱（701）设置在托板（2 ）的底部中心，且立柱（701）的外壁通过滚珠轴承与托板（2 ）的底部中心转动连接，所述立柱（701）的底部与机体（1）固定连接，所述立柱（701）的一侧设置有圆筒（702），所述圆筒（702）与机体（1）固定连接，所述圆筒（702）的内壁滑动连接有圆杆（703），且圆杆（703）的顶部与托板（2 ）的底部的锥槽（705）活动卡接，所述圆杆（703）与圆筒（702）之间设置有弹簧二（704），所述弹簧二（704）的一端与圆杆（703）固定连接，所述弹簧二（704）的另一端与圆筒（702）的内壁固定连接；所述锥槽（705）位于制浆桶（3）的正下方；

所述机体（1）的内部上方设置有清洗单元（8）；

所述清洗单元（8）包括水箱（801）、水泵（802）、曲管（803）和喷头（804）；

所述水箱（801）固定安装于机体（1）的内腔顶部，所述水箱（801）的底部安装有水泵（802），所述水泵（802）的一端与水箱（801）相连通，所述水泵（802）的另一端固接有曲管（803），且曲管（803）与水泵（802）相连通，所述曲管（803）的末端固定设置有喷头（804），所述喷头（804）的出水侧面向水箱（801 ）的底部。

2.根据权利要求1所述的一种盾构刀具检测试验装置，其特征在于：所述机体（1）的内腔顶部一侧固定安装有伺服电机（9），所述伺服电机（9）的输出端和竖筒（4 ）的外壁上方均键连接有锥齿轮（10），所述锥齿轮（10）的内端啮合连接。

3.根据权利要求1所述的一种盾构刀具检测试验装置，其特征在于：所述机体（1）的内腔顶部固定安装有伸缩气缸（11），所述伸缩气缸（11）的伸缩端固接有支板（12），所述支板（12）的一侧通过滚珠轴承与竖杆（5）的外壁转动连接。

4.根据权利要求1所述的一种盾构刀具检测试验装置，其特征在于：所述制浆桶（3）呈环形等距设置在托板（2）的顶部，且最右侧的所述制浆桶（3）的位置与圆箱（601）的位置纵向对应。

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