CN203655300U

CN203655300U - 一种盾尾刷实验设备

Info

Publication number: CN203655300U
Application number: CN201320550301.2U
Authority: CN
Inventors: 赵新合; 李剑雄; 刘金祥; 康宝生; 董丹阳; 常孔磊
Original assignee: China Railway Tunnel Group Co Ltd CRTG
Current assignee: China Railway Tunnel Group Co Ltd CRTG
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2023-09-05

Abstract

本实用新型属于盾尾刷性能检测技术领域，涉及一种盾尾刷实验设备。提出的一种盾尾刷实验设备包括有液压泵站（3-4）、耐磨性测试机构（3-5）、弹性测试机构（3-2）和PLC控制器（3-11）；耐磨性测试机构（3-5）包括有实验台架（3-1）、液压马达（4-9）、液压马达输出齿轮（4-4）、回转支承（3-8）、混凝土刷台（3-9）和丝杠螺母机构（3-6）；弹性测试机构（3-2）包括有盾尾刷固定装置（10-1）、门式架（10-6）、伸缩外套（10-5）、伸缩内套（10-4）、油缸（10-7）和压板（10-3）。本实用新型实现了对盾尾刷产品性能的测试，防止因产品选用不当带来的安全风险。

Description

一种盾尾刷实验设备

技术领域

本实用新型属于盾尾刷性能检测技术领域，主要涉及一种盾尾刷实验设备。

背景技术

如图1所示的盾构机1-1，是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外壳1-3，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体1-2开挖、土碴排运、整机推进和混凝土管片1-11安装等作业，从而使隧道一次成形的隧道施工机械。为了防止地下水、外层土、衬砌背面注浆1-11等流入隧道，通常在盾构机尾部环形焊接了三道盾尾刷即盾尾刷Ⅰ1-6、盾尾刷Ⅱ1-8、盾尾刷Ⅲ 1-10形成两个空腔即空腔Ⅰ1-7、空腔Ⅱ1-9，并通过油脂注入管Ⅰ1-4、油脂注入管Ⅱ1-5向两个空腔内注入一定量的油脂填充物从而在盾构尾部壳体1-3与混凝土管片1-12之间起到良好的密封作用。

如图2所示，盾尾刷由上下两块钢板内夹钢丝刷2-4组成，上部钢板称为保护板2-3，用于保护钢丝刷2-4不受磨损，下部钢板称为压紧板2-5，压住钢丝刷2-4紧贴混凝土管片外壁。压紧板2-5采用弧型结构，在不受力状态下，钢丝刷2-4均呈现弧形120°的角度。在正常受力状态下，盾尾刷的保护板2-3、钢丝刷、和2-4压紧板2-5与管片紧密接触。保护板2-3、压紧板2-5、不锈钢丝2-4通过销钉2-2固定在基座钢板2-1内，形成整块盾尾刷。

盾构机蛇形推进过程中，盾尾刷一方面与混凝土管片做相对摩擦运动，另一方面由于盾构机姿态调整，盾构机壳体与管片之间的间隙时大时小，盾尾刷相对于混凝土管片做往复折弯运动。根据盾尾刷在盾构机工作过程中的原理可知要保障盾尾密封性能良好，盾尾刷的耐磨性与弹性是关键指标。

目前国内已有很多生产盾尾刷的厂家，但行业内均没有对盾尾刷性能进行检测的设备，施工单位在选用盾尾刷之时，对决定盾尾刷密封性能的耐磨性和弹性无可靠的设备进行检测，只能凭直觉，难免采购到劣质产品，为施工生产埋下安全隐患。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种盾尾刷实验设备，在每批次盾尾刷使用前，抽样测试产品的耐磨性及弹性，保证盾构施工安全顺利进行。

本实用新型完成其发明任务所采取的技术方案是：

一种盾尾刷实验设备，所述实验设备包括有液压泵站、耐磨性测试机构、弹性测试机构和PLC控制器；所述耐磨性测试机构与弹性测试机构共用液压泵站和PLC控制器，通过PLC控制器的控制，耐磨性测试机构与弹性测试机构既可以单独进行测试，也可以同时测试；用于测试盾尾刷耐磨性的耐磨性测试机构，包括有实验台架、液压马达、液压马达输出齿轮、回转支承、混凝土刷台连接板、混凝土刷台、丝杠螺母机构；所述回转支承的外圈通过螺栓固定在实验台架上面，实验台架由槽钢和钢板焊接而成；所述回转支承的内圈为齿圈结构，通过与液压马达的输出齿轮相啮合，将压力能转换为回转支承回转的机械能；所述回转支承的内圈的直径大于所述液压马达的输出齿轮的直径；混凝土刷台连接板通过螺栓固定在所述回转支承的内圈上，混凝土刷台通过连接螺栓固定在混凝土刷台连接板上，由回转支承内圈的转动，带动混凝土刷台的回转运动，为盾尾刷耐磨性测试提供摩擦源；所述丝杠螺母机构由底座、丝杠支承座、丝杠、丝杠螺母、丝杠机构连接板和导轨构成；底座通过螺栓固定在实验台架上面，丝杠支承座通过螺栓固定在底座上面；所述丝杠机构连接板的两端分别连接有导套，两个所述导套分别套置在导轨上，在丝杠作用下随丝杠螺母沿所述导轨作直线移动；所述丝杠螺母的前部焊接有盾尾刷连接板；所述被测盾尾刷在底板沿中线方向焊接辅助连接板，并使盾尾刷辅助连接板通过螺栓与所述盾尾刷连接板相固定；在实验时，由于丝杠螺母机构的调节量比较小，由人工进行操作调节被测试盾尾刷与混凝土刷台间的间隙，即实际工作过程中盾尾刷与管片之间的间隙，此时盾尾刷保护板保护着钢丝刷紧贴着混凝土刷台；启动混凝土刷台的旋转动作，进行耐磨性测试；采用循环测试法，PLC控制器发出指令进行混凝土刷台转速、圈数的收集，当混凝土刷台转动达到所设定的圈数，停止旋转，使被测盾尾刷回退；测试盾尾刷前部保护板的磨损量，并将测试值手动输入PLC存储器中，进行下一轮的实验，当达到下一轮所设定的圈数，再停机进行测量盾尾刷保护板的磨损量，并存储数值，如此往复直至完成最终设定值的模拟测试；完成测试后，将PLC存储器中的数据导出到计算机中，生成被测试盾尾刷的磨损曲线与盾尾刷耐磨性的标准曲线进行比对，判断被测试盾尾刷的耐磨性是否合格；所述弹性测试机构设置在实验台架上；所述弹性测试机构包括有盾尾刷固定装置、门式架、伸缩外套、伸缩内套、液压油缸和压板；所述盾尾刷固定装置由宽250mm，高50mm的U形架焊接在实验台架上面，U形架上部开螺纹孔两个，盾尾刷基座端放置在U形架内，通过螺栓压紧盾尾刷实现盾尾刷的固定；伸缩外套上端焊接在门式架中线位置，液压油缸通过销子一端与伸缩外套上端连接，一端与伸缩内套下端连接，伸缩内套上端靠油缸连接套制在伸缩外套内部，压板沿伸缩内套下端轴线垂直方向焊接固定，通过油缸的伸缩实现伸缩内套的上下移动带动压板上下运动，实现盾尾刷的压紧与放松，从而实现对盾尾刷弹性的测试。采用循环测试法，在盾尾刷安装就位后，打开 PLC控制器调出参数设置界面，设置好油缸的压力、行程及测试次数，启动液压泵站，PLC控制器发出指令，比例换向阀动作，将泵站的压力能传递到油缸，油缸伸出，带动伸缩内套伸出，实现压板下压，盾尾刷被压缩，达到预定压缩量，油缸行程传感器发出信号到PLC控制器，PLC控制器发出指令油缸退回，盾尾刷在弹性作用下恢复原样，油缸行程传感器再次发出信号给PLC控制器，PLC发出指令，比例换向阀回中位，油缸停止动作，计数器计数一次，如此循环当达到设定压缩次数时停机测试盾尾刷的弧形角度，并输入PLC存储器内，停止实验时将PLC存储器中的数据，导出到计算中生成被测试盾尾刷弧形角度变化曲线，与盾尾刷弹性变化标准曲线进行对比，判断盾尾刷的弹性是否合格。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型实现了对盾尾刷产品性能的测试，在盾尾刷产品批量投入使用前，可以提前预知产品的密封性能，防止因产品选用不当带来的，带来的安全风险。

本实用新型采用PLC控制，实现人机界面交换，通过PLC控制器可直接进行液压系统参数的设置，实验过程中可实时进行实验数据的收集，实验结束时，与计算机交互，进行实验结果的分析，本实验设备，操作简单，数据分析方便。

附图说明

图1为盾尾密使用原理结构示意图。

图2为盾尾刷结构示意图。

图3为本实用新型的结构示意图。

图4为本实用新型耐磨测试部分中传动结构示意图。

图5为本实用新型耐磨测试部分中丝杠螺母机构示意图。

图6为图5的俯视图。

图7为本实用新型的PLC控制器运行界面图。

图8为本实用新型的PLC控制器参数设置界面图。

图9为本实用新型的PLC控制器数据导出界面图。

图10为本实用新型的盾尾刷弹性测试结构示意图。

图中：1-1、盾构机，1-2、土体，1-3、壳体，1-4、油脂注入管Ⅰ，1-5、油脂注入管Ⅱ，1-6、盾尾刷Ⅰ，1-8、盾尾刷Ⅱ，1-10、盾尾刷Ⅲ，1-7、空腔Ⅰ，1-9、空腔Ⅱ，1-11、管片衬砌注浆及水土，1-12、混凝土管片，2-1、基座钢板，2-2、销子，2-3、保护板，2-4、钢丝刷，2-5、压紧板，3-1实验台架，3-2、弹性测试机构，3-3、被测盾尾刷Ⅰ，3-4、液压泵站，3-5、耐磨性测试机构，3-6、丝杠螺母机构， 3-7、被测盾尾刷Ⅱ，3-8、回转支承，3-9、混凝土刷台，3-10、混凝土刷台连接板， 3-11、PLC控制器，4-1、液压马达连接法兰，4-2、混凝土刷台固定螺栓，4-3、混凝土刷台连接板固定螺栓，4-4、液压马达输出齿轮，4-5、回转支承内圈，4-6、回转支承外圈，4-7、液压马达固定螺栓，4-8、回转支承固定螺栓、4-9、液压马达，5-1、底座固定螺栓孔，5-2、底座，5-3丝杠支撑座固定螺栓，5-4、轴承端盖螺栓，5-5、丝杠，5-6、丝杠支撑座，5-7、导轨支座，5-8、导轨，5-9、导套，5-10、丝杠螺母，5-11、盾尾刷连接板，5-12、丝杠机构连接板，5-13、辅助连接板，10-1、盾尾刷固定装置，10-2、压紧螺栓，10-3、压板，10-4、伸缩内套，10-5、伸缩外套，10-6、门式架，10-7、油缸。

具体实施方式

结合附图与实例对本实用新型进行进一步说明：

如图3所示，一种盾尾刷的实验设备，所述实验设备包括有弹性测试机构3-2、液压泵站3-4、耐磨性测试机构3-5和PLC控制器3-11；弹性测试机构3-2与耐磨性测试机构3-5共用液压泵站3-4和PLC控制器3-11，通过PLC控制器3-11的控制两者既可以单独进行工作，也可以同时进行。实验开始时，打开PLC控制器3-11，调出参数设置界面图8，进行实验初始值的设定，液压泵站3-4提供压力源，PLC控制器3-11发出指令控制阀组动作分别给弹性测试机构3-2和耐磨性测试机构3-5提供动力，进行测试实验，过程中PLC控制器3-11进行相关实验数据的收集与处理，存储在存储器内，通过与计算机的交互、分析，完成测试实验。

结合图3、图4、图5、图6、图10，所述用于测试盾尾刷耐磨性的耐磨性测试机构3-5，包括有实验台架3-1、液压马达4-9、液压马达输出齿轮4-4、回转支承3-8、混凝土刷台连接板3-10、混凝土刷台3-9、丝杠螺母机构3-6；耐磨性测试机构3-5的动力源由液压泵站3-4提供，通过PLC控制器3-11发出指令，比例换向阀动作，将压力能传递给液压马达4-9，液压马达4-9由液压马达固定螺栓4-7固定在液压马达连接法兰4-1上面，液压马达连接法兰4-1及回转支承外圈4-6通过回转支承固定螺栓4-8固定在实验台架3-1上面，实验台架3-1由槽钢和钢板焊接而成，回转支承内圈4-5为齿圈结构，通过与液压马达输出齿轮4-4相啮合，将压力能转换为回转支承3-8回转运动的机械能，所述的回转支承内圈4-5的直径大于所述液压马达输出齿轮4-4的直径，混凝土刷台连接板3-10通过混凝土刷台连接板固定螺栓4-3固定在所述的回转支承内圈4-5上，混凝土刷台3-9通过混凝土刷台固定螺栓4-2固定在混凝土刷台连接板3-10上，由回转支承内圈4-5的转动，带动混凝土刷台3-9的回转运动，为盾尾刷耐磨性测试提供摩擦源；所述丝杠螺母机构3-6由底座5-2、丝杠支承座5-6、丝杠5-5、丝杠螺母5-10、盾尾刷连接板5-11和导轨5-8构成；底座5-2在底座固定螺栓孔5-1处由螺栓固定在实验台架3-1上面，丝杠支承座5-6通过丝杠支承座固定螺栓5-3固定在底座5-2上面；所述丝杠机构连接板5-12的两端分别连接有导套5-9，两个所述导套5-9分别套置在导轨5-8上，在丝杠5-5作用下随丝杠螺母5-10沿所述导轨5-8作直线移动；所述丝杠螺母5-10的前部焊接有盾尾刷连接板5-11；所述被测盾尾刷Ⅱ3-7在底板沿中线方向焊接辅助连接板5-13，并使盾尾刷连接板5-11通过螺栓与辅助连接板5-13连接固定；所述丝杠螺母机构在实验时，由于调节量比较小，由人工进行操作调节被测试盾尾刷Ⅱ3-7与混凝土刷台3-9间的间隙，即实际工作过程中盾尾刷与管片之间的间隙，此时被测试盾尾刷的保护板2-3保护着钢丝刷2-4紧贴着混凝土刷台3-9；启动混凝土刷台3-9的旋转动作，进行耐磨性测试；采用循环测试法，PLC控制器3-11发出指令进行混凝土刷台3-9转速、圈数、间隙值的收集，当测试达到设定圈数的时候，停止旋转，退回被测盾尾刷Ⅱ3-7，测试盾尾刷前部保护板2-3的磨损量，并将测试值手动输入PLC存储器中，进行下一轮的实验，当达到下一轮所设定的圈数，再停机进行测量盾尾刷的保护板2-3的磨损量，并存储数值，如此往复直至完成最终设定值的模拟测试；完成测试后，将PLC存储器中的数据导出到计算机中，生成被测试盾尾刷的磨损曲线与盾尾刷耐磨性的标准曲线进行比对，判断被测试盾尾刷的耐磨性是否合格；所述弹性测试机构3-2设置在实验台架3-1上；所述弹性测试机构3-2包括有盾尾刷固定装置10-1、压板10-3、伸缩内套10-4、伸缩外套10-5、门式架10-6和油缸10-7；所述盾尾刷固定装置10-1由宽250mm，高50mm的U形架焊接在实验台架3-1上面，U形架上部开螺纹孔两个，被测盾尾刷Ⅰ3-3的基座端放置在U形架内，通过压紧螺栓10-2压紧被测盾尾刷Ⅰ3-3实现被测盾尾刷Ⅰ3-3的固定；伸缩外套10-5上端焊接在门式架10-6中线位置，油缸10-7通过销子一端与伸缩外套10-5上端连接，另一端与伸缩内套10-4下端连接，伸缩内套10-4上端通过油缸套置在伸缩外套10-5内部，压板10-3沿伸缩内套下端轴线垂直方向焊接固定，通过油缸10-7的伸缩实现伸缩内套10-4的上下移动带动压板10-3上下运动，实现被测盾尾刷Ⅰ3-3的压紧与放松，从而实现对被测盾尾刷Ⅰ3-3弹性的测试。采用循环测试法，在被测盾尾刷Ⅰ3-3安装就位后，打开 PLC控制器3-11调出参数设置界面，设置好油缸10-7的压力、行程及测试次数，启动液压泵站3-4，PLC控制器3-11发出指令，比例换向阀动作，将泵站4-3的压力能传递到油缸10-7，油缸伸出，带动伸缩内套10-4伸出，实现压板10-3下压，被测盾尾刷Ⅰ3-3被压缩，达到预定压缩量，油缸行程传感器发出信号到PLC控制器3-11，PLC控制器3-11发出指令油缸10-7退回，盾被测尾刷Ⅰ3-3在弹性作用下恢复原样，油缸行程传感器再次发出信号给PLC控制器3-11，PLC发出指令，比例换向阀回中位，油缸Ⅰ3-3停止动作，计数器计数一次，并测试被测盾尾刷Ⅰ3-3的弧形角度，并输入PLC存储器内，如此往复当达到最终设定次数时停止实验时将PLC存储器中的数据，导出到计算中生成被测试盾尾刷弧形角度变化曲线，与盾尾刷弹性变化标准曲线进行对比，判断盾尾刷的弹性是否合格。

Claims

1.一种盾尾刷实验设备，其特征在于：所述实验设备包括有液压泵站（3-4）、耐磨性测试机构（3-5）、弹性测试机构（3-2）和PLC控制器（3-11）；所述耐磨性测试机构（3-5）与弹性测试机构（3-2）共用液压泵站（3-4）和PLC控制器（3-11）；所述耐磨性测试机构（3-5）包括有实验台架（3-1）、液压马达（4-9）、液压马达输出齿轮（4-4）、回转支承（3-8）、混凝土刷台连接板（3-10）、混凝土刷台（3-9）和丝杠螺母机构（3-6）；回转支承外圈（4-6）固定在实验台架（3-1）上面，实验台架（3-1）由槽钢和钢板焊接而成；回转支承内圈（4-5）为齿圈结构，通过与液压马达输出齿轮（4-4）相啮合，将压力能转换为回转支承回转的机械能；所述回转支承内圈（4-5）的直径大于所述液压马达输出齿轮（4-4）的直径；混凝土刷台连接板（3-10）通过混凝土刷台连接板固定螺栓（4-3）固定在所述回转支承内圈（4-5）上，混凝土刷台（3-9）通过混凝土刷台固定螺栓（4-2）固定在混凝土刷台连接板（3-10）上；所述丝杠螺母机构（3-6）由底座（5-2）、丝杠支承座（5-6）、丝杠（5-5）、丝杠螺母（5-10）、丝杠机构连接板（5-12）和导轨（5-8）构成；底座（5-2）固定在实验台架（3-1）上面，丝杠支承座（5-6）通过丝杠支承座固定螺栓（5-3）固定在底座（5-2）上面，所述丝杠机构连接板（5-12）的两端分别连接有导套（5-9），两个所述导套（5-9）分别套置在导轨（5-8）上，在丝杠作用下随丝杠螺母沿所述导轨（5-8）作直线移动；所述丝杠螺母（5-10）的前部焊接有盾尾刷连接板（5-11）；所述盾尾刷连接板（5-11）上固定有辅助连接板（5-13），且所述的辅助连接板（5-13）焊接在被测盾尾刷Ⅱ（3-7）在底板沿中线方向；所述弹性测试机构（3-2）设置在实验台架（3-1）上；所述弹性测试机构（3-2）包括有盾尾刷固定装置（10-1）、门式架（10-6）、伸缩外套（10-5）、伸缩内套（10-4）、油缸（10-7）和压板（10-3）；所述盾尾刷固定装置（10-1）由宽250mm，高50mm的U形架焊接在实验台架上面，U形架上部开螺纹孔两个，盾尾刷基座端放置在U形架内，通过压紧螺栓（10-2）压紧被测盾尾刷Ⅰ，实现被测盾尾刷Ⅰ（3-3）的固定；伸缩外套（10-5）上端焊接在门式架中线位置，油缸（10-7）通过销子一端与伸缩外套（10-5）上端连接，一端与伸缩内套（10-4）下端连接，伸缩内套（10-4）上端通过油缸套置在伸缩外套（10-5）内部，压板（10-3）沿伸缩内套下端轴线垂直方向焊接固定。