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TECHNISCHES GEBIET
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Die Anmeldung nimmt die Priorität der früheren chinesischen Patentanmeldung
CN2023103294788 in Anspruch.
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Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet des Tunnelbaus und der Schildausrüstungsherstellung, insbesondere auf eine Vorrichtung zur Simulation des Schneidwiderstandsmoments für intelligentes Schildvortriebsexperiment.
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STAND DER TECHNIK
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Mit der rasanten Entwicklung der intelligenten Technologie wird das intelligente Bauen zunehmend im Bereich des Ingenieur- und Bauwesens eingesetzt. Als wichtige Ausrüstung für den Tunnelbau wurde die intelligente Technologie der Schildmaschinen in den letzten Jahren in gewissem Umfang entwickelt, und der intelligente Schildvortrieb wurde bei einigen Projekten getestet und angewendet. Aufgrund der Komplexität des Schildbauprozesses, des sich verändernden geologischen Umfelds und der Besonderheiten jedes einzelnen Projekts ist die technische Anpassungsfähigkeit des intelligenten Schildvortriebssteuerungssystems jedoch unzureichend. Umfangreiche Experimente zum intelligenten Schildvortrieb unter verschiedenen Arbeitsbedingungen auf Baustellen können zu potenziellen Baurisiken führen. Es ist daher notwendig, Geräte zu entwickeln, mit denen verschiedene Arten von intelligenten Schildvortriebsexperimente durchgeführt werden können, um den Anforderungen an die Entwicklung und Erprobung vom intelligenten Schildvortriebssteuerungssystem zu erfüllen.
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Die Schneide ist das Kernstück der Schildmaschinen. Der Tunnelvortrieb der Schildmaschine ist ein Prozess, bei dem die Schneide in den Boden eindringt und sich kontinuierlich dreht, um der Boden unter der gemeinsamen Wirkung des Schildvortriebssystems und der Hauptantriebssystems zu schneiden. Wenn sich die Schneide dreht, wirken Boden, Erdreich, Schlamm usw. weiterhin auf die Schneide, um ein Widerstandsmoment zu erzeugen. Änderungen der Vortriebskraft, der Bodensbedingungen und des Schneidezustands bewirken Änderungen des Widerstandsmoments. Es ist wichtig, diese Randbedingungen für den Schneidebetrieb bei der Durchführung von Schildvortriebsexperimenten simulieren zu können. Bestehende Technologien bieten im Allgemeinen eine Schneidevortriebsumgebung, indem sie den Boden auffüllen, um eine simulierte Bodenschicht zu bilden, was für jeden Experiment ein umfangreiches Auffüllen, Verdichten und Reinigen erfordert, was zeitaufwändig und mühsam ist. Es ist schwierig, mechanische Eigenschaften zu erzielen, die der tatsächlichen Schicht entsprechen. Außerdem ist die Konsistenz des Auffülleffekts schlecht, was zu einer schlechten Wiederholbarkeit der Experimentergebnisse führt, was den Anforderungen der intelligenten Kontrollforschung zur Durchführung einer großen Anzahl von wiederholbaren Experimenten nicht erfüllt. Daher ist es notwendig, eine Vorrichtung zu entwickeln, das auf einfache Weise Randbedingungen wie z. B. die Widerstandsmomente beim Schneidevortrieb simulieren kann, um die Entwicklung der intelligenten Schildvortriebsexperimente zu unterstützen.
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INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Berücksichtigung der Mängel des Standes der Technik eine Vorrichtung zur Simulation des Schneidwiderstandsmoments für intelligentes Schildvortriebsexperiment zur Verfügung zu stellen, die die Beaufschlagung und Steuerung des Schneidwiderstandsmoments ermöglicht und damit die Simulation des Schneidevortriebs unter unterschiedlichen Arbeitsbedingungen realisiert.
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Um das obige Ziel zu erreichen, wendet die vorliegende Erfindung die folgenden technischen Lösungen an:
- Vorrichtung zur Simulation des Schneidwiderstandsmoments für intelligentes Schildvortriebsexperiment, umfassend: einen fest an der Vorderseite der Schneide angebrachten Schweißflansch, einen auf dem Schweißflansch angebrachten Reibzylinder, einen in dem Reibzylinder angebrachten Zentralkörper und einen oberhalb des Zentralkörpers angebrachten Drehmomentsensor. Ein Ende des Drehmomentsensors ist mit einem Stützbalken verbunden, wobei der Stützbalken auf dem Schildkörper vorgesehen ist; wobei die Achsen des Schweißflansches, des Reibzylinders und des Zentralkörpers alle mit der Drehachse des Schneide zusammenfallen; und auf die linke und rechte Seite des Hohlraums des Zentralkörpers jeweils ein Widerstandsblock symmetrisch und verschiebbar angeordnet ist, wobei die zwei Widerstandsblöcke jeweils mit den beiden Enden der im Zentralkörper angeordneten Ölzylinders verbunden sind. Der Widerstandsblock kann relativ zum Zentralkörper eine gewisse Verschiebung nach links und rechts erzeugen, wodurch der Koaxialitätsfehler zwischen dem Reibzylinder und dem Zentralkörper ausgeglichen und ein reibungsloser Betrieb gewährleistet werden kann. Auf der Außenseite der beiden Widerstandsblöcke sind jeweils bogenförmige Reibplatten vorgesehen, die mit der Innenwand des Reibzylinders in Kontakt stehen.
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Wenn bei der obigen technischen Lösung die kolbenstangenlose Kammer mit Druck beaufschlagt wird, die zwei Widerstandsblöcke herausragen und gegen die Innenwand des Reibzylinders drücken, um einen Druckkraft zu erzeugen, und wenn sich die Schneide dreht, wird ein Paar von Reibungskräften auf der linken und rechten Kontaktfläche erzeugt, um ein Reibungswiderstandsmoment zu bilden. Die Größe des Reibungswiderstandsmoments kann durch Einstellen der Schubkraft des Ölzylinders eingestellt werden, wodurch das Widerstandsdrehmoment simuliert wird, dem die Schneide während des Schneidevortriebs ausgesetzt ist. Das Reibungswiderstandsmoment wird über den Widerstandsblock und den Zentralkörper auf den am Stützbalken befestigten Drehmomentsensor übertragen und ermöglicht so die Überwachung und Steuerung des Reibungswiderstandsmoments in Echtzeit, wobei der Stützbalken am Frontschild befestigt ist, um das vom Drehmomentsensor übertragene Reibungswiderstandsmoment zu überwinden.
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Während des Schildtunnelexperimentes kann die Vorrichtung zur Simulation des Widerstandsdrehmoments verwendet werden, wobei das Widerstandsdrehmoment entsteht, wenn sich die Schneide rotiert, um der Boden zu schneiden. Durch die Steuerung der Größe und des Änderungsmusters des Reibungswiderstandsmoments können die Veränderungen der geologischen Bedingungen und der Zustand der Schneide beim Schildvortrieb simuliert und die intelligente Steuerungsmethode des Schneideantriebs untersucht werden.
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Vorzugsweise ist im Inneren des Widerstandsblocks ein Kühlhohlraum vorgesehen, wobei an dem Kühlhohlraum ein Wassereinlassrohr und ein Wasserauslassrohr vorgesehen sind. Das Kühlwasser wird durch das Wassereinlassrohr eingespritzt und füllt den Kühlhohlraum aus, anschließend durch das Wasserauslassrohr abgeführt wird, um die vom Reibszylinder und der Reibplatte erzeugte Wärme kontinuierlich abzuführen, um die Temperatur der Kontaktflächen zu senken und eine übermäßige Temperatur der Kontaktflächen zu vermieden.
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Vorzugsweise ist auf dem Zentralkörper ein berührungsloser Temperatursensor angebracht.
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Vorzugsweise ist an diesem Zentralkörper eine Zerstäubungsdüse angebracht.
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Wenn der berührungslose Temperatursensor erkennt, dass die Temperatur der Innenwand des Reibzylinders zu hoch ist, wird die Zerstäubungsdüse eingeschaltet, um Kühlwasser direkt auf die Innenwand des Reibzylinders zu sprühen, um eine schnelle Abkühlung zu erreichen.
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Vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Erfindung:
- 1. Unter der Bedingung, dass die tatsächliche Bodenschicht nicht gebaut wird, realisiert die Erfindung die Beaufschlagung des Widerstandsmoments auf der Experimentierplattform des Schildvortriebs beim Schneidevortrieb, wodurch viel Zeit und Personal- und Materialressourcen, die beim Bau der Bodenschicht verbraucht werden, vermieden werden, damit Versuchsvorbereitung und der Reinigungsprozess vereinfacht werden und die experimentelle Effizienz erheblich verbessert wird;
- 2. Die Erfindung hat eine gute Wiederholbarkeit und kann die gleichen Arbeitsbedingungen mehrmals reproduzieren, was sich sehr gut zum Testen, Trainieren und Verbessern des intelligenten Schildsteuerungssystems eignet und die Effizienz der Systementwicklung verbessert.
- 3. Durch den Einbau eines Drehmomentsensors zwischen dem Zentralkörper und dem Stützbalken können die Größe des Widerstandsmoments und das Änderungsmuster direkt in Echtzeit überwacht werden, was die Einstellung und präzise Steuerung der Größe des Widerstandsmoments der Vorrichtung erleichtert;
- 4. Durch die Steuerung der Größe des Reibungswiderstandsmoments und des Änderungsmodus können verschiedene Bodenschichten und verschiedene Arbeitsbedingungen sowie allgemeine anormale Arbeitsbedingungen wie schwieriger Gesteinsabbau und blockierte Schneide simuliert werden, wodurch die Stabilität des intelligenten Steuerungssystems unter verschiedenen Arbeitsbedingungen getestet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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- 1 zeigt schematische Darstellung des Aufbaus der Erfindung;
- 2 zeigt eine schematische Installationsdiagramm der vorliegenden Erfindung;
- 3 zeigt eine Schnittansicht der vorliegenden Erfindung;
- 4 zeigt ein Diagramm des zurückgezogenen Zustands des Widerstandsblocks; und
- 5 zeigt ein Diagramm des herausragenden Zustands des Widerstandsblocks.
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In den Figuren: 1 Stützbalken, 2 Schweißflansch, 3 Reibzylinder, 4 Zentralkörper, 5 Ölzylinder, 6 Widerstandsblock, 7 Drehmomentsensor, 8 Schneide, 9 Schildkörper, 10 Reibplatte, 11 Kühlhohlraum, 12 Wassereinlassrohr, 13 Wasserauslassrohr, 14 Temperatursensor, 15 Zerstäubungsdüse.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und Ausführungsform näher beschrieben.
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Wie in 1 bis 5 dargestellt, umfasst eine Vorrichtung zur Simulation des Schneidwiderstandsmoments für intelligentes Schildvortriebsexperiment einen Stützbalken 1, einen Schweißflansch 2, einen Reibzylinder 3, einen Zentralkörper 4, einen Ölzylinder 5, einen Widerstandsblock 6 und einen Drehmomentsensor 7. Der Stützbalken 1 ist auf dem vorderen Schild eines Schildkörpers 9 montiert, um das Schneidwiderstandsmoment zu stützen und auszugleichen. Der Schweißflansch 2 ist an die Vorderseite der Schneide 8 geschweißt, wobei die Achse des Schweißflanschs 2 mit der Drehachse der Schneide 8 zusammenfällt. Der Reibzylinder 3 ist konzentrisch auf dem Schweißflansch 2 montiert und dreht sich synchron mit der Schneide 8. Der Zentralkörper 4 befindet sich im Inneren des Reibzylinders 3 und ist koaxial zum Reibzylinder 3 angeordnet, um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten. Am linken und rechten Ende des Zentralkörpers 4 ist jeweils ein Montageschlitz vorgesehen, in dem ein Widerstandsblock 6 links und rechts verschiebbar angeordnet und mit einem Ende des Ölzylinders 5 verbunden ist, sodass unter der Wirkung des Ölzylinders 5 der Widerstandsblock 6 relativ zum Zentralkörper in der horizontalen Richtung einen gewissen Spielraum nach links und rechts hat, wodurch den Koaxialitätsfehler des Reibzylinders 3 und des Zentralkörpers 4 während der Montage ausgleichen kann. Das äußere Ende des Widerstandsblocks 6 ist mit einer kreisförmigen Reibplatte 10 versehen, deren Außendurchmesser dem Durchmesser der Innenwand des Reibzylinders entspricht (d. h. die beiden stehen in Kontakt). Ein Ende des Drehmomentsensors 7 ist am Zentralkörper 4 befestigt. Das andere Ende des Drehmomentsensors 7 ist am Stützbalken 8 befestigt und ist mit einem externen Steuergerät zur Echtzeitüberwachung der Größe des Widerstandsmoments verbunden.
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Im Inneren des Widerstandsblocks ist ein Kühlhohlraum vorgesehen, und an dem Kühlhohlraum sind ein Wassereinlassrohr 12 und ein Wasserauslassrohr 13 vorgesehen. Das Wasser zur Abkühlung kann durch das Wassereinlassrohr 12 in den Kühlhohlraum 11 eingeleitet und durch das Wasserauslassrohr 13 abgeleitet werden, um die durch die Reibung der Kontaktflächen erzeugte Wärme kontinuierlich abzuführen und die Temperatur der Kontaktflächen zu verringern.
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Der Zentralkörper ist außerdem mit einem berührungslosen Temperatursensor 14 und einer Zerstäubungsdüse 15 ausgestattet. Wenn der berührungslose Temperatursensor 14 erkennt, dass die Temperatur der Innenwand des Reibzylinders 3 zu hoch ist, wird die Zerstäubungsdüse 15 eingeschaltet, um Kühlwasser direkt auf die Innenwand des Reibzylinders zu sprühen und so die Kühleffekt zu verbessern.
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Sowohl der berührungslose Temperatursensor 14 als auch die Zerstäubungsdüse 15 können auf herkömmlicher Weise an ein externes Steuergerät angeschlossen und damit zum Ein- und Ausschalten vom Steuergerät gesteuert werden.
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Im Ruhezustand ist der Ölzylinder 5 vollständig zurückgezogen, so dass der Widerstandsblock 6 keinen Kontakt mit dem Reibzylinder 3 hat und zu diesem Zeitpunkt kein Reibungswiderstandsmoment erzeugt wird. Im Arbeitszustand wird die kolbenstangenlose Kammer des Ölzylinders 5 mit Druck beaufschlagt, so dass der Widerstandsblock 6 aus dem Hohlraum des Zentralkörpers 4 herausragt und gegen die Innenwand des Reibzylinders 3 drückt, um einen Überdruck zu erzeugen, der wiederum ein Paar statischer Reibungswiderstände erzeugt. Wenn die Schneide 8 den Reibzylinder 3 zur Drehung antreibt, wird die statische Reibungskraft, die durch die Kontaktflächen auf der linken und rechten Seite erzeugt wird, in ein Paar dynamischer Reibungskräfte gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung umgewandelt, wodurch ein Schneidwiderstandsmoment erzeugt wird, wobei die Größe des Schneidwiderstandsmoments durch Einstellen der Schubkraft des Ölzylinders 5 eingestellt werden kann, wodurch das Widerstandsmoment simuliert wird, das beim Schneidevortrieb auftritt. Die Beziehung zwischen der Schubkraft des Ölzylinders 5 und dem von der Vorrichtung erzeugten Reibungswiderstandsmoment ist:
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Dabei µ der Reibungskoeffizient ist, FN die Schubkraft des Ölzylinders ist und Df der Innendurchmesser des Reibzylinders ist.
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Das Schneidwiderstandsmoment wird über den Reibzylinder 3, den Widerstandsblock 6 und den Zentralkörper 4 auf den Drehmomentsensor 7 übertragen. Durch den Drehmomentsensor 7, der zwischen dem Zentralkörper 4 und dem Stützbalken 1 installiert ist, können die Größe und das Variationsmuster des Reibungswiderstandsmoments Tf direkt in Echtzeit überwacht werden, wobei das von der Vorrichtung erzeugte Widerstandsmoment durch Einstellen des Drucks des Zylinders 5 genau gesteuert werden kann, wodurch eine flexible und wiederholbare Simulation und Reproduktion der Arbeitsbedingungen der Schneidevortriebs erreicht wird.
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Die in den obigen Ausführungsformen verwendeten Geräteelemente sind herkömmliche Geräteelemente, sofern nicht anders angegeben. Wenn nicht anders angegeben, sind die Art und Weise des Aufbaus der Struktur, die Art und Weise des Betriebs oder die Art und Weise der Steuerung in der Technik üblich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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