CN113898351B - 一种异形隧道模拟挖掘装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种异形隧道模拟挖掘装置，包括：机械臂、开挖装置和导轨；所述机械臂安装在底座上，底座可放置于导轨上，开挖装置安装在所述机械臂前端；所述开挖装置包括闭环的传动链条，中央大齿轮和传动齿轮设置在所述传动链条内并分别与所述传动链条啮合，传动齿轮与中央大齿轮互相啮合；所述传动链条外侧固定有第一削土板，所述中央大齿轮的侧面固定有第二削土板，在工作状态，所述传动齿轮带动中央大齿轮和所述传动链条转动，第一削土板和第二削土板工作并将开挖废土带动至设置在所述中央大齿轮中央的废土出口处排出。本发明的异形隧道模拟挖掘装置具有灵活轻便、可移动、便于操作的特性，能够有效降低每次的试验成本，提高工作效率。

Description

一种异形隧道模拟挖掘装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及隧道开挖领域，具体涉及一种异形隧道模拟挖掘装置。
背景技术
随着我国经济高速发展，修建连接山区的道路的需求变得迫切，同时城市地下空间的开发和利用也需要人们去修建隧道来满足这些需求。然而因各地地质条件不同，在修建隧道时前期往往需要可行性试验研究，开展隧道模型试验就是较为常见的方式。大量学者都对隧道开展了模型研究，但是多数模型试验在模拟隧道开挖时都是停留在圆形隧道的开挖，或是由人工进行手动开挖，不能进行异形(半圆、马蹄形)隧道的机械开挖，这就与真实的实际情况存在一定的差距，在进行受力分析时与真实情况存在一定的差距，导致模型试验的结果与真实隧道可能发生的情况存在一定的偏差，从而可能降低人们对模型试验的认可度。此外，人工开挖受人为因素影响较大，对隧道的开挖洞径和倾角不能做到很好的一致性，并且费时费力。
发明内容
针对上述问题，本发提供一种对不规则异形隧道实现机械化开挖，提高试验效率且能普遍适用，利于真实模拟的试验装置。技术方案如下：
一种用于异形隧道的模拟挖掘装置，包括：机械臂、开挖装置、底座和导轨；
所述机械臂安装在底座上，底座可放置于导轨上，开挖装置安装在所述机械臂前端；
所述开挖装置包括闭环的传动链条，中央大齿轮和传动齿轮设置在所述传动链条内并分别与所述传动链条啮合，传动齿轮与中央大齿轮互相啮合；
所述传动链条外侧固定有第一削土板，所述中央大齿轮的侧面固定有第二削土板，在工作状态，所述传动齿轮带动中央大齿轮和所述传动链条转动，第一削土板和第二削土板工作并将开挖废土带动至设置在所述中央大齿轮中央的废土出口处排出。
进一步，所述机械臂包括底座，所述底座与导轨可滑动连接。
进一步，所述机械臂包括多个可旋转的关节，能够调整开挖装置的倾角和高度。
进一步，所述传动齿轮有多个，可根据需要将传动链条撑起为不同形状，适应不同的形状隧道的开挖。
进一步，开挖废土通过废土出口处的外接导管吸出。
进一步，第二削土板为弯曲的片状结构，在所述中央大齿轮的侧面上呈顺时针均匀排布，所述第二削土板延伸至所述废土出口中心附近从而将开挖废土带动至所述废土出口。
进一步，所述传动齿轮连接驱动装置，从而带动传动链条和中央大齿轮转动。
另一方面，本申请还保护根据前述之一所述的异形隧道模拟挖掘装置的使用方法，包括以下步骤：
首先根据试验模型箱的尺寸调整机械臂，使开挖装置与模型箱隧道开挖洞口对齐；
启动驱动装置，带动动传动齿轮转动，进而带动中央大齿轮和传动链条转动，第一削土板和第二削土板随之同步转动并不断开挖隧道，所产生的开挖废土在废土出口处排出。
进一步地，外接导管将开挖废土吸出以实现连续开挖。
进一步地，在导轨上移动底座，从而控制每次开挖的进尺。
本发明的有益效果是：本申请的异形隧道模拟挖掘装置可以模拟异形隧道的开挖，实现对异形隧道的机械化开挖。可以根据模型箱的高低大小调节装置的姿态，适用于不同尺寸的试验模型箱。此外能开挖具有一定倾角的隧道模型，最后可以实现对异形隧道的机械开挖。该装置使用机械化的设计，使模拟开挖过程更加标准化。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种用于异形隧道模拟挖掘装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种用于异形隧道模拟挖掘装置的开挖装置的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种用于异形隧道模拟挖掘装置的传动链条和第一削土板的局部放大示意图；
图4为本申请实施例提供的一种用于异形隧道模拟挖掘装置的中央大齿轮和第二削土板的局部放大示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
如图1-4所示，一种用于异形隧道的模拟挖掘装置，包括：机械臂1，该机械臂1用于控制调整开挖姿态；开挖装置2和导轨4，该导轨4用于控制方向和进尺；
所述机械臂1安装在导轨4上，开挖装置2安装在所述机械臂1上；所述机械臂1包括底座3，所述底座3与导轨4可滑动连接。
所述开挖装置2包括闭环的传动链条7，中央大齿轮11和传动齿轮5，6啮合在所述传动链条7内，传动齿轮5，6与中央大齿轮11互相啮合；
所述传动链条7和中央大齿轮11外侧分别固定有第一削土板8和第二削土板9，在工作状态，所述传动齿轮5，6带动中央大齿轮11和所述传动链条7转动，第一削土板8和第二削土板9工作并将开挖废土带动至废土出口10处排出。优选地，开挖废土通过废土出口10处的外接导管吸出。
在本申请的实施例中，所述机械臂1包括多个可旋转的关节，能够调整开挖装置2的倾角和高度。本申请的机械臂1为用于调整开挖姿态的机械臂，可根据现场的场地条件如模型箱的大小、高低调整机械臂的姿态以满足开挖要求。
在本申请的实施例中，所述传动齿轮5，6连接驱动装置(图中未出)，从而带动传动链条7和中央大齿轮11转动，其中的动力传递通过齿链连接传递。优选地，驱动装置为电机。优选地，所述传动齿轮5，6有多个，可根据需要将传动链条7撑起为不同形状，适应不同的形状隧道的开挖，例如各种异形半圆、马蹄形隧道的机械开挖。
在本申请的实施例中，第二削土板9为弯曲的片状结构，在所述中央大齿轮11的侧面上呈顺时针均匀排布，所述第二削土板9延伸至所述废土出口10中心附近从而将开挖废土带动至所述废土出口10。
在本申请的实施例中第一削土板8呈倒L形，固定在中央大齿轮11和传动链条7的外侧，使其最先和土体接触。
进一步地，第一削土板8下部设置缺口，设置缺口的目的是为了给中央大齿轮上的第二削土板9的转动留够位置，使两处削土板转动互不影响，两处的削土板均由焊接的方式固定。
本申请的异形隧道模拟挖掘装置的使用方法，包括以下步骤：
首先根据试验模型箱的尺寸调整机械臂1，使开挖装置2与模型箱隧道开挖洞口对齐；
启动驱动装置，带动动传动齿轮5，6转动，进而带动中央大齿轮11和传动链条7转动，削土板8，9随之同步转动并不断开挖隧道，所产生的开挖废土在废土出口10处排出。
为了实现连续开挖，本申请的实施例通过外接导管将开挖废土吸出。
此外，在本申请的实施例中，在导轨4上移动底座3，从而控制每次开挖的进尺。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于异形隧道的模拟挖掘装置，其特征在于，包括：机械臂(1)、开挖装置(2)、底座(3)和导轨(4)；
所述机械臂(1)安装在底座(3)上，底座可放置于导轨(4)上，开挖装置(2)安装在所述机械臂(1)前端；
所述开挖装置(2)包括闭环的传动链条(7)，中央大齿轮(11)和传动齿轮(5，6)设置在所述传动链条(7)内并分别与所述传动链条(7)啮合，传动齿轮(5，6)与中央大齿轮(11)互相啮合；
所述传动链条(7)外侧固定有第一削土板(8)，所述中央大齿轮(11)的侧面固定有第二削土板(9)，在工作状态，所述传动齿轮(5，6)带动中央大齿轮(11)和所述传动链条(7)转动，第一削土板(8)和第二削土板(9)工作并将开挖废土带动至设置在所述中央大齿轮(11)中央的废土出口(10)处排出。
2.根据权利要求1所述的异形隧道模拟挖掘装置，其特征在于，所述底座(3)与导轨(4)可滑动连接。
3.根据权利要求1或2所述的异形隧道模拟挖掘装置，其特征在于，所述机械臂(1)包括多个可旋转的关节，能够调整开挖装置(2)的倾角和高度。
4.根据权利要求1或2所述的异形隧道模拟挖掘装置，其特征在于，所述传动齿轮(5，6)有多个，可根据需要将传动链条(7)撑起为不同形状，适应不同的形状隧道的开挖。
5.根据权利要求1所述的异形隧道模拟挖掘装置，其特征在于，开挖废土通过废土出口(10)处的外接导管吸出。
6.根据权利要求1所述的异形隧道模拟挖掘装置，其特征在于，第二削土板(9)为弯曲的片状结构，在所述中央大齿轮(11)的侧面上呈顺时针均匀排布，所述第二削土板(9)延伸至所述废土出口(10)中心附近从而将开挖废土带动至所述废土出口(10)。
7.根据权利要求1所述的异形隧道模拟挖掘装置，其特征在于，所述传动齿轮(5，6)连接驱动装置，从而带动传动链条(7)和中央大齿轮(11)转动。
8.根据权利要求1-7之一所述的异形隧道模拟挖掘装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先根据试验模型箱的尺寸调整机械臂(1)，使开挖装置(2)与模型箱隧道开挖洞口对齐；
启动驱动装置，带动传动齿轮(5，6)转动，进而带动中央大齿轮(11)和传动链条(7)转动，第一削土板(8)和第二削土板(9)随之同步转动并不断开挖隧道，所产生的开挖废土在废土出口(10)处排出。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在导轨(4)上移动底座(3)，从而控制每次开挖的进尺。
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