一种实验型盾构机推进实验平台的制作方法

本发明涉及盾构机技术领域，特别是一种实验型盾构机推进实验平台。

背景技术：

盾构机是一种专门用来挖掘隧道的大型高科技工程机械，它包含了电气、控制、液压、测量导向等多方面的知识。随着我国经济的发展，城市人口越来越多，城市地下空间的利用就显得尤为重要，而盾构法施工在城市地下空间利用中的使用比例越来越大，上至地铁隧道挖掘，下至地下管廊的施工都要用到盾构机，盾构法已然成了城市地下施工的主要手段。

相比于盾构机的高速发展，国内许多高校都缺少相关的实验室来供学生们做一些与盾构相关的实验，导致目前大多数高校毕业生对盾构机的认识都处于理论阶段，高校毕业生投入工作后，需要花很大一段时间来熟悉盾构机的操作和相关知识，同时，在这期间还有可能因为毕业生的经验不足等问题引发一些工程事故。这严重的影响了我国盾构机的发展，校园知识储备不能和现实中盾构机设计和操作完美匹配成为当代相关专业的高校毕业生面临的最大问题。因此，针对实验型盾构机的研究具有很大的应用价值。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：由于国内许多高校缺少相关的实验室来供学生们做一些盾构相关的实验，导致目前大多数高校毕业生对盾构机的认识都处于理论阶段，投入工作后，需要花很大一段时间来熟悉盾构机的操作和相关知识，因此本发明提供了一种实验型盾构机推进实验平台来解决目前大多数高校毕业生对盾构机的认识都处于理论阶段，并且校园知识储备不能和现实中盾构机设计和操作完美匹配的问题。

本发明的技术方案如下：

一种实验型盾构机推进实验平台，包括土壤箱、固定凹槽、模型盾构机、盾构轨道、土料排出机构、反作用力承力板、操作琴台以及实验台；所述实验台前端设置有固定凹槽，所述固定凹槽安装在前端的长方体框架结构上，用于安装并固定土壤箱，所述实验台中端为长方形板状，上端放置盾构轨道，进一步的在盾构轨道上安装模型盾构机，所述实验台中端靠近后端部分安装有土料排出机构，所述实验台后端为方形桌状，其上安装反作用力承力板。

所述固定凹槽为与土壤箱外径相同的弧形凹槽结构，用于安装并固定土壤箱。

所述土壤箱为圆柱形壳体结构，土壤箱内部设计有推板，推板为圆形板状结构，直径与土壤箱内径相同，推板内嵌于土壤箱，可以在土壤箱内移动，通过压力计对推板进行施压，从而模拟不同埋深情况下的土壤压力，同时土壤箱的前后板可以被盾构机切削，学生在实验过程中可以观察盾构机的入土和出土过程，所述土壤箱用于装载合适体积的土壤，模拟各种土壤情况，土壤箱内部设计有刻度尺，方便学生根据自己的要求调配不同土壤的分层及配比，解决了实验室土体装配的问题；所述推板安装有自动门，自动门用电磁锁控制开关，可自动打开；土壤箱还设置有闭锁装置，左侧、右侧以及底端设计有固定板，所述左右两侧固定板用于固定土壤箱，所述底端固定板用于定位并固定土壤箱。

所述模型盾构机从实验需要出发，参照实际盾构机设置刀盘、铰接装置和推进装置。所述切刀盘中心布置有切刀32把，为软土区刀具，用阿基米德螺旋线布置法布置，滚刀8把，仿形刀1把，中心刀4把，为硬岩区刀具，用同心圆布置法布置。所述铰接装置在推进液压缸前的支撑环和切口环之间用铰接油缸连接起来，含12个铰接液压缸和2个夹紧装置液压缸，铰接液压缸的前后都用球铰连接，使模型盾构机前后易于弯曲，并且方便调整模型盾构机掘进曲线，解决了模型盾构机实验过程由于掘进距离短，转弯轨迹不明显的问题。所述推进装置主要是12个推进液压缸，在直线掘进实验中，每个液压缸的行程都相同，略大于土壤箱的厚度。

所述反作用力承力板设计成挡板形式，底座设计有6个定位鞘，并通过定位鞘安装在工作台上面，反作用力承力板一端和模型盾构机推进液压缸连接，另一端两侧设计三角称板辅助受力，并加有加强筋。

所述土料排出机构安装于实验台中端靠近后端的位置，包括土料传送带和土料收集箱，模型盾构机内部采用螺旋输送机运输土料，并将土料在模型盾构机尾部排出，所述土料传送带安装实验台中端靠近后端的位置，主要作用是将运输出来的土料输送到土料传送带输出端下方的土料收集箱中，所述土料收集箱为圆柱状，用于收集土料传送带输送的土料。

所述盾构轨道供模型盾构机掘进和停放时放置，为了防止实验过程中，模型盾构机掘入土壤箱时模型盾构机掉出轨道，在盾构轨道底座安装有旋转轴承，使得盾构轨道可以旋转，同时盾构轨道可以在一个垂直于直线掘进方向的滑槽内移动，当模型盾构机转向时，盾构轨道会被动的随着模型盾构机的转向做出相应的转动。

本发明一种实验型盾构机推进实验平台，主要完成盾构机直线掘进和转向时模拟实验，配合相关的模型盾构机、实验台与操作琴台，可以根据实验要求自由调整掘进参数。所述操作琴台参照实际盾构机操作琴台设置各类按钮、旋钮和指示灯。

本发明的有益效果是：为国内高校提供一种实验型盾构机推进实验平台，供学生们做一些盾构相关的实验，帮助学生熟悉盾构机的操作和相关知识，有效解决目前大多数高校毕业生对盾构机的认识处于理论阶段的问题。

附图说明

图1是本发明一种实验型盾构机推进实验平台的正视图。

图2是本发明一种实验型盾构机推进实验平台的右视图。

图3是本发明一种实验型盾构机推进实验平台的俯视图。

图4是本发明一种实验型盾构机推进实验平台模型盾构机的刀盘正视图。

图5是本发明一种实验型盾构机推进实验平台固定凹槽的正视图。

图中：1、自动门；2、推板；3、土壤箱体；4、闭锁装置；5、实验台；6、土料传送带；7、定位鞘；8、土料排出机构；9、盾构轨道10、刀盘；11、铰接油缸；12、模型盾构机；13、推进液压缸；14、反作用力承力板；15、三角称板；16、固定凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种实验型盾构机推进实验平台，包括土壤箱3、固定凹槽16、模型盾构机12、盾构轨道17、土料排出机构8、反作用力承力板14以及实验台5。

所述实验台5前端为配合土壤箱3稳定放置，设计有与土壤箱3半径相同的弧形凹槽。

所述土壤箱3通过闭锁装置4定位并固定于固定凹槽16，箱体内部有刻度尺，方便学生根据自己的要求配置不同比例土壤，推板2内嵌于土壤箱3，通过压力计对推板2进行施压，模拟不同深埋情况下的土壤压力，同时土壤箱3的前后板都可以被模型盾构机切削，便于学生在实验中观察模型盾构机12入土和出土过程。

所述推板2放置有自动门1，可自动打开，通过电磁锁控制开关。

所述模型盾构机12参照实际盾构机设置刀盘10、铰接装置和推进装置。

所述刀盘10安装有压力传感器，可以实时反映刀盘10在推进过程中遇到的压力。

所述推进装置主要是推进液压缸13，所述推进液压缸13安装有压力传感器，可以反映出分区后的液压缸不同区域间的压力，直线掘进时，每个液压缸行程相同，略大于土壤箱3的厚度。

所述铰接装置可以通过设定铰接油缸11的行程来实现模型盾构机12的方向控制。

所述盾构轨道9用于供模型盾构机掘进和停放时放置，盾构轨道9底座安装有旋转轴承，当模型盾构机12转向时，盾构轨道9会被动的随着模型盾构机12的转向做出相应的转动，并且可以在一个垂直于直线掘进方向的滑槽内移动。

所述反作用力承力板14为挡板形式，用于承受模型盾构机12盾构掘进时刀盘10切削过程中受到的土体正面阻力和刀盘10切削土体时的土层抗力，所述反作用力承力板14一端和推进液压缸13连接，另一端设计三角称板15辅助受力，所述反作用力承力板14设置有6个定位鞘7，并通过定位鞘7安装在工作台上面，便于拆装，维修方便。

所述土料排除机构8用于排出实验过程中切削下来的土料，实验时，模型盾构机12内部螺旋输送机将刀盘切削下来的土料运输至模型盾构机12尾部，并排出至土料排除机构的8的土料传送带6，再通过土料传送带6将运输出来的土料输送至土料传送带6输出端下方的土料收集箱。

直线掘进实验时，学生自己配置土壤并置于土壤箱3，根据土壤情况选择刀具，计算模型盾构机12的前进速度等参数，输入到操作琴台，启动模型盾构机12开始直线掘进实验。控制过程中学生观测模型盾构机12的结构和掘进过程，以及模型盾构机12掘进过程中刀具切削土壤的情况，收集实验过程中相关数据。

转向实验时，学生在实验前计算好铰接的角度、每个铰接液压缸11的行程以及推进液压缸13的行程，计算出的数据经老师确认无误之后输入到操作琴台，启动模型盾构机12开始转向实验，模型盾构机12转向时，先由铰接油缸11调整需要转弯的角度，然后推进液压缸13进入转弯模式，进行转弯，此过程中，学生根据刀盘10压力传感器传来的数据，记录刀盘10上不同转弯半径的点的压力。