CN209015565U - 一种盾构机实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种盾构机实验装置，包括底座，设置在底座上的盾构机模型和土箱模型；所述土箱模型包括固定连接在底座上、且内设有空腔的箱体，设置在底座上的液压缸组件，设置在空腔内的加压机构；所述加压机构包括与空腔内壁固定连接的导通块，可滑动的设置在导通块与空腔内壁之间、并将空腔分隔为位于上部的上液压腔、位于中部的填充腔和位于下部的下液压腔的上压板和下压板，贯穿导通块设置、并连通上液压腔和下液压腔的连通孔；箱体在朝向盾构机模型一侧开设有连通填充腔的钻进孔，所述液压缸组件与下液压腔连接并用于给下液压腔加压。本实用新型能在前期对不同地质条件压力下进行模拟实验，同时能用于对盾构机操作人员的培训教学。

Description

一种盾构机实验装置

技术领域

本实用新型涉及物流设备领域，具体涉及的是一种盾构机实验装置。

背景技术

盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建(铺设)隧道之“盾”(指支撑性管片)，它区别于敞开式施工法。国际上，广义盾构机也可以用于岩石地层，只是区别于敞开式(非盾构法)的隧道掘进机。而在我国，习惯上将用于软土地层的隧道掘进机称为(狭义)盾构机。

用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响地面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

盾构机通常是根据不同的地质条件定制的，盾构机的好坏关乎到整个工程的进度和质量，同时有些盾构机针对特定地质条件定制的，为一次性使用，使用完成后就到掩埋。而盾构机又是大件机械，造价高，如果制成后不能很好的适应工程需要，不仅耽误工期，还会造成人力物资的浪费。因此，前期根据实际地质条件进行模拟实验非常有必要，同时在盾构机的操作人员培训学习中也需要盾构机实验装置进行教学。综上所述，设计一款盾构机实验装置是非常有必要的。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种盾构机实验装置，能在前期针对不同地质条件进行盾构机模拟实验，同时能用于对盾构机操作人员的培训教学。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种盾构机实验装置，包括底座，设置在底座上的盾构机模型和土箱模型；

所述土箱模型包括固定连接在底座上、且内设有空腔的箱体，设置在底座上的液压缸组件，以及设置在空腔内的加压机构；所述加压机构包括与空腔内壁固定连接的导通块，可滑动的设置在导通块与空腔内壁之间、并将空腔分隔为位于上部的上液压腔、位于中部的填充腔和位于下部的下液压腔的上压板和下压板，以及贯穿导通块设置、并连通上液压腔和下液压腔的连通孔；所述箱体在朝向盾构机模型一侧开设有连通填充腔的钻进孔，所述液压缸组件与下液压腔连接并用于给下液压腔加压；

所述盾构机模型包括设置在底座上、并位于钻进孔一侧的可调节安装座，设置在可调节安装座上的滑轨，可滑动的安装在滑轨上的机座，固定在机座上、且对应钻进孔设置的微型盾构机，一端与机座固定连接的第一伸缩杆，以及输出端与第一伸缩杆另一端连接的第一液压缸；所述第一液压缸固定在可调节安装座上。

进一步的，所述微型盾构机包括设置在机座上的驱动电机，与驱动电机输出端连接的减速机，与减速机输出端连接的转动轴，套设在转动轴外的外钢筒，与转动轴远离减速机一端连接的刀盘，设置在外钢筒内的螺旋输送器，设置在转动轴上的传动齿轮，以及设置在螺旋输送器靠近减速机一端的从动齿轮；所述从动齿轮与传动齿轮齿合连接，所述外钢筒在靠近减速机一端下部设置有输送出口。

再进一步的，所述可调节安装座包括固定设置在底座上的连接筒，一端插入连接筒内的支撑柱，与支撑柱另一端固定连接的滑轨座，套设在支撑柱外、并位于滑轨座和连接筒之间的第二弹簧，贯穿连接筒侧壁设置的螺纹孔，以及与螺纹孔螺纹连接的限位螺杆；所述滑轨和第一液压缸设置在滑轨座上。

再进一步的，所述微型盾构机在传动齿轮对应位置设置有转速传感器和与转速传感器连接的显示器。

更进一步的，所述外钢筒在靠近刀盘一端表面设置有压力传感器，所述压力传感器与显示器连接。

更进一步的，所述液压缸组件包括固定设置在底座上的第二液压缸，设置在下液压腔内的活塞，一端与第二液压缸的输出端连接、且另一端伸入下液压腔内与活塞连接的第二伸缩杆。

更进一步的，所述导通块和箱体内壁设置有用于防止上压板和下压板滑动超过导通块的限位板。

更进一步的，所述上压板和下压板在相互背向侧均设置有第三伸缩杆，所述第三伸缩杆远离上压板或下压板一端与空腔内壁连接，所述第三伸缩杆套设有第一弹簧，所述第一弹簧一端与空腔内壁连接、另一端与上压板或下压板连接。

更进一步的，所述箱体设置有用于测量上液压腔内压力的压力表。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型的箱体内腔分为上液压腔、下液压腔和填充腔，填充腔内填充不同的泥土可以模拟不同地质条件；微型盾构机通过驱动电机驱动再通过转动轴传动，带动刀盘内的桨状刀头转动，同时通过第一液压缸推动机座沿滑轨前进，带动微型盾构机前进，在填充腔内的泥土内掘进，螺旋输送器通过齿轮传动，将掘出的泥土输送出外钢筒，实现盾构机工作过程的模拟；上液压腔和下液压腔内充入液体，当需要模拟不同压力下的地质条件时，通过第二液压缸推动活塞在下液压腔内前进，上压板和下压板在液压作用下进一步压紧填充腔内填充的泥土，实现不同压力条件下的掘进模拟；

(2)下压板和上压板设置伸缩杆和弹簧，保证下压板和上压板在竖直方向运动，防止上压板和下压板的倾斜造成液体泄漏；

(3)压力表的设置便于对上液压腔和下液压腔内压力的观测，压力传感器的设置便于对掘进过程中泥土对外钢筒的压力的实时检测，转速传感器的设置便于对刀盘内刀头的转速的实时检测；

(4)滑轨座通过支撑柱插入连接筒内连接，再通过限位螺杆限位固定，不仅便于微型盾构机的拆装，同时能够调节微型盾构机的高低，降低本实用新型的加工精度要求；

(5)螺旋输送器和刀盘的均通过一个驱动电机驱动减少了设备部件。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的微型盾构机结构示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-底座，2-导通块，3-上液压腔，4-填充腔，5-下液压腔，6-上压板，7-下压板，8-连通孔，9-钻进孔，10-滑轨，11-机座，12-微型盾构机，13-第一伸缩杆，14-第一液压缸，15-减速机，16-转动轴，17-外钢筒，18-刀盘，19-螺旋输送器，20-传动齿轮，21-从动齿轮，22-输送出口，23-连接筒，24-支撑柱，25-滑轨座，26-第二弹簧，27-限位螺杆，28-转速传感器，29-显示器，30-压力传感器，31-第二液压缸，32-活塞，33-第二伸缩杆，34-限位板，35-第三伸缩杆，36-第一弹簧，37-压力表，38-驱动电机，39-箱体。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例：

如图1和2所示，一种盾构机实验装置，包括底座1，设置在底座1上的盾构机模型和土箱模型；

其中，土箱模型包括固定连接在底座1上、且内设有空腔的箱体39，设置在底座1上的液压缸组件，以及设置在空腔内的加压机构；加压机构包括与空腔内壁固定连接的导通块2，可滑动的设置在导通块2与空腔内壁之间、并将空腔分隔为位于上部的上液压腔3、位于中部的填充腔4和位于下部的下液压腔5的上压板6和下压板7，以及贯穿导通块2设置、并连通上液压腔3和下液压腔5的连通孔8；箱体39在朝向盾构机模型一侧开设有连通填充腔4的钻进孔9；液压缸组件包括固定设置在底座1上的第二液压缸31，设置在下液压腔5内的活塞32，一端与第二液压缸31的输出端连接、且另一端伸入下液压腔5内与活塞32连接的第二伸缩杆33。上压板6和下压板7在相互背向侧均设置有第三伸缩杆35，第三伸缩杆35远离上压板6或下压板7一端与空腔内壁连接，第三伸缩杆35套设有第一弹簧36，第一弹簧36一端与空腔内壁连接、另一端与上压板6或下压板7连接。

盾构机模型包括设置在底座1上、并位于钻进孔9一侧的可调节安装座，设置在可调节安装座上的滑轨10，可滑动的安装在滑轨10上的机座11，固定在机座10上、且对应钻进孔9设置的微型盾构机12，一端与机座11固定连接的第一伸缩杆13，以及输出端与第一伸缩杆13另一端连接的第一液压缸14；第一液压缸14固定在可调节安装座上。微型盾构机12包括设置在机座11上的驱动电机38，与驱动电机38输出端连接的减速机15，与减速机15输出端连接的转动轴16，套设在转动轴16外的外钢筒17，与转动轴16远离减速机15一端连接的刀盘18，设置在外钢筒17内的螺旋输送器19，设置在转动轴16上的传动齿轮20，以及设置在螺旋输送器19靠近减速机15一端的从动齿轮21；从动齿轮21与传动齿轮20齿合连接，外钢筒17在靠近减速机15一端下部设置有输送出口22，刀盘18内设置有桨状刀头，桨状刀头与转动轴16连接。可调节安装座包括固定设置在底座1上的连接筒23，一端插入连接筒23内的支撑柱24，与支撑柱24另一端固定连接的滑轨座25，套设在支撑柱24外、并位于滑轨座25和连接筒23之间的第二弹簧26，贯穿连接筒23侧壁设置的螺纹孔，以及与螺纹孔螺纹连接的限位螺杆27；滑轨10和第一液压缸14设置在滑轨座25上，外钢筒17通过倒U型钢构件固定在机座11上，使用时送出口22外接管路将掘出的泥土排走。本实用新型还有配套的供电系统和控制系统，其均为现有技术，而且本实用新型不涉及对它们的改进，故其具体结构不再赘述。

为了便于测量观测桨状刀头的转速，微型盾构机12在传动齿轮20对应位置设置有转速传感器28和与转速传感器28连接的显示器29，转速传感器28为磁电式传感器，传感器主体为磁敏感元件，触发材料为钢铁材质的齿轮、齿条、凹槽或孔洞，机座11上设置一框架，框架顶面安装显示器29，转速传感器28通过角钢固定在框架上，保证转速传感器28位于距离传动齿轮20齿面0-5mm的位置，显示器29内置有STC89C52单片机和电源，转速传感器28通过引线连接单片机。

进一步为了观测钻进时，外钢筒所承受的压力，外钢筒在靠近刀盘一端表面设置有压力传感器30，压力传感器通过引线与显示器内置的STC89C52单片机连接。

为防止上压板6和下压板7超出导通块2导致上液压腔或下液压腔内的液体进入填充腔4，导通块2和箱体39内壁设置有用于防止上压板6和下压板7滑动超过导通块2的限位板34。

作为进一步的改进，箱体39设置有用于测量上液压腔3内压力的压力表37，便于实时观测空腔内的压力。

本实用新型工作原理：使用时箱体的填充腔内填充泥土，上液压腔和下液压腔内充入液体；微型盾构机通过驱动电机驱动再通过转动轴传动，带动刀盘内的桨状刀头转动，同时通过第一液压缸推动机座沿滑轨前进，带动微型盾构机前进，在填充腔内的泥土内掘进，螺旋输送器通过齿轮传动，将掘出的泥土输送出外钢筒，模拟盾构机工作过程。当需要模拟不同压力条件下的掘进时，通过第二液压缸推动活塞在下液压腔内前进，上压板和下压板在液压作用下进一步压紧填充腔内填充的泥土，再通过压力表和压力传感器观测，实现不同压力条件下的掘进模拟。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种盾构机实验装置，其特征在于：包括底座(1)，设置在底座上的盾构机模型和土箱模型；

所述土箱模型包括固定连接在底座上、且内设有空腔的箱体(39)，设置在底座上的液压缸组件，以及设置在空腔内的加压机构；所述加压机构包括与空腔内壁固定连接的导通块(2)，可滑动的设置在导通块与空腔内壁之间、并将空腔分隔为位于上部的上液压腔(3)、位于中部的填充腔(4)和位于下部的下液压腔(5)的上压板(6)和下压板(7)，以及贯穿导通块设置、并连通上液压腔和下液压腔的连通孔(8)；所述箱体在朝向盾构机模型一侧开设有连通填充腔的钻进孔(9)，所述液压缸组件与下液压腔连接并用于给下液压腔加压；

所述盾构机模型包括设置在底座上、并位于钻进孔一侧的可调节安装座，设置在可调节安装座上的滑轨(10)，可滑动的安装在滑轨上的机座(11)，固定在机座上、且对应钻进孔设置的微型盾构机(12)，一端与机座固定连接的第一伸缩杆(13)，以及输出端与第一伸缩杆另一端连接的第一液压缸(14)；所述第一液压缸固定在可调节安装座上。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机实验装置，其特征在于：所述微型盾构机包括设置在机座上的驱动电机(38)，与驱动电机输出端连接的减速机(15)，与减速机输出端连接的转动轴(16)，套设在转动轴外的外钢筒(17)，与转动轴远离减速机一端连接的刀盘(18)，设置在外钢筒内的螺旋输送器(19)，设置在转动轴上的传动齿轮(20)，以及设置在螺旋输送器靠近减速机一端的从动齿轮(21)；所述从动齿轮与传动齿轮齿合连接，所述外钢筒在靠近减速机一端下部设置有输送出口(22)。

3.根据权利要求2所述的一种盾构机实验装置，其特征在于：所述可调节安装座包括固定设置在底座上的连接筒(23)，一端插入连接筒内的支撑柱(24)，与支撑柱另一端固定连接的滑轨座(25)，套设在支撑柱外、并位于滑轨座和连接筒之间的第二弹簧(26)，贯穿连接筒侧壁设置的螺纹孔，以及与螺纹孔螺纹连接的限位螺杆(27)；所述滑轨和第一液压缸设置在滑轨座上。

4.根据权利要求2所述的一种盾构机实验装置，其特征在于：所述微型盾构机在传动齿轮对应位置设置有转速传感器(28)和与转速传感器连接的显示器(29)。

5.根据权利要求4所述的一种盾构机实验装置，其特征在于：所述外钢筒在靠近刀盘一端表面设置有压力传感器(30)，所述压力传感器与显示器连接。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种盾构机实验装置，其特征在于：所述液压缸组件包括固定设置在底座上的第二液压缸(31)，设置在下液压腔内的活塞(32)，一端与第二液压缸的输出端连接、且另一端伸入下液压腔内与活塞连接的第二伸缩杆(33)。

7.根据权利要求1～5任一项所述的一种盾构机实验装置，其特征在于：所述导通块和箱体内壁设置有用于防止上压板和下压板滑动超过导通块的限位板(34)。

8.根据权利要求1～5任一项所述的一种盾构机实验装置，其特征在于：所述上压板和下压板在相互背向侧均设置有第三伸缩杆(35)，所述第三伸缩杆远离上压板或下压板一端与空腔内壁连接，所述第三伸缩杆套设有第一弹簧(36)，所述第一弹簧一端与空腔内壁连接、另一端与上压板或下压板连接。

9.根据权利要求1～5任一项所述的一种盾构机实验装置，其特征在于：所述箱体设置有用于测量上液压腔内压力的压力表(37)。