用于室内盾构模型试验始发反力传递装置及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于室内盾构模型试验始发反力传递装置及其使用方法。该装置主要包括前推力架、后推力架、反力架、油缸及滑动装置。后推力架与前推力架通过螺栓相连，后推力架上设置可活动的承压板以及相应的插销锁。油缸缸体中部位置及油缸缸盖位置处分别设置传力凸台。不同位置的传力凸台和承压板配合使用，保证盾构能够连续推进，且在较小空间范围内为盾构模型掘进提供更长行程。推力架滑座和油缸支撑座在轨道梁上可定向自由滑动，保证推力系统沿直线推进，为盾构模型掘进提供定向推力。该装置可为室内盾构模型试验提供一种具有可变行程的定向始发反力，为盾构模型掘进试验创造始发和后续推进反力条件。
【专利说明】
用于室内盾构模型试验始发反力传递装置及其使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于室内模型试验反力传递装置，尤其适用于为室内盾构模型试验始发提供反力的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置。本发明还涉及该用于室内盾构模型试验始发反力传递装置的使用方法。
【背景技术】
[0002]模型试验是盾构隧道相关研究工作的一种重要手段。国内外学者基于相似理论提出一些简化的室内盾构模型试验系统。为满足盾构模型试验需要，国内学者提出了一些盾构反力系统。专利CN 103256056 A提出了一种能实现反力自平衡的盾构模型机始发装置，但盾构模型可推进的行程偏小，盾构模型底部的导轨为轮轨，试验时盾构模型姿态容易发生变化。专利CN 103035163 A提出一种盾构试验机支撑及反力推进装置，但同样存在盾构模型推进行程偏小，且盾构模型上无姿态约束，在单一液压推进时容易形成偏心力，导致盾构上漂或栽头。
[0003]既有的盾构室内试验系统，一般是由盾构模型尾部加装的I?4个液压千斤顶来为盾构推进提供反力。由于液压千斤顶数目较少，试验过程中往往由于千斤顶间不协调，各千斤顶间推力值变化不同步，造成对盾构模型的顶推力有较大偏心，进而造成盾构模型姿态变化，影响模型试验结果。同时，受尺寸和场地限制，这些盾构模型反力传递设备不能模拟盾构始发，且受限于反力架的不可移动性以及油缸的长度，盾构模型可以推进的行程往往偏小，无法实现盾构模型连续掘进试验。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有可变行程的定向始发反力传递的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置。
[0005]本发明所要解决的第二个技术问题是提供该用于室内盾构模型试验始发反力传递装置的使用方法。
[0006]为了解决第一个技术问题，本发明提供的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置，反力架上安装有轨道梁，前推力架和后推力架之间固定连接，所述的前推力架与盾构模型固定连接，所述的后推力架的底部设有推力架滑座，后推力架的两侧预留有孔洞，油缸穿过所述的后推力架的孔洞，所述的油缸的油缸活塞杆固定连接在所述的反力架上，所述的油缸的缸体安装有油缸支撑座，所述的油缸支撑座和所述的推力架滑座共同安装于所述的轨道梁上并能在轨道梁上定向自由滑动，所述的油缸上设有油缸前端传力凸台和油缸中部传力凸台，所述的后推力架背离前所述的推力架的一侧设置有卡槽，包括能插入到所述的卡槽内的承压板，所述的承压板插入到所述的卡槽时，所述的承压板能挡住所述的油缸上的所述的油缸前端传力凸台和油缸中部传力凸台通过所述的后推力架上的孔洞。
[0007]所述的卡槽上设有插销锁，所述的承压板上设有容纳所述的插销锁插入的插销锁插口。
[0008]所述的承压板上设有承压板把手。
[0009]所述的推力架滑座下方设有弯钩，所述的弯钩勾住所述的轨道梁的翼缘。
[0010]所述的后推力架上设有吊耳。
[0011]所述的反力架用螺栓固定在地面，地面浇筑有为所述的反力架提供水平向支撑力的预制混凝土台。
[0012]所述的前推力架的环板直径略小于所述的盾构模型，所述的前推力架嵌入所述的盾构模型固定连接。
[0013]所述的前推力架和所述的后推力架用螺栓连接。
[0014]为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的使用用于室内盾构模型试验始发反力传递装置的方法，盾构开始推进时，油缸的油缸前端传力凸台先抵住承压板，油缸加压推进，在油缸推进一定行程后，拔移承压板使其处于非工作状态，同时油缸泄压，缸体回缩，将承压板抵住油缸上的油缸中部传力凸台，油缸继续加压推进;若试验仍需更大行程，同样在油缸泄压后退后在承压板与油缸上的油缸中部传力凸台间加设支撑并继续推进。
[0015]拔移时承压板用相应插销锁固定承压板使承压板处于非工作状态。
[0016]采用上述技术方案的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置及其使用方法，前推力架和后推力架通过螺栓连接。前推力架用钢制环板与筋板焊接而成，与盾构模型接触侧环板外径略小于盾构模型内壁直径，保证前推力架能嵌入盾构模型中，与盾构模型直接接触。在提供后推力的同时，前推力架能够为盾构模型尾部提供约束，限制盾构模型盾尾姿态变化。
[0017]后推力架为类椭形构造，长轴两端可穿过油缸及油缸上的油缸前端传力凸台和油缸中部传力凸台，并在该位置处设置可活动的承压板以及相应的插销锁。插销锁用于固定承压板，保证其处于工作或非工作状态不变动。当承压板处于工作状态时，油缸缸体上的油缸前端传力凸台或油缸中部传力凸台抵住承压板，油缸通过承压板推动后推力架;承压板不工作时，油缸缸体及油缸前端传力凸台和油缸中部传力凸台可毫无阻碍的通过后推力架。盾构开始推进时，油缸上的油缸前端传力凸台先抵住承压板，油缸加压推进，在油缸推进一定行程后，拔移承压板并用相应插销锁固定，同时油缸泄压，缸体回缩，后推力架固定不动，松开插销锁并将承压板抵住油缸的油缸中部传力凸台，油缸继续加压推进。后推力架上设吊耳，方便吊装。
[0018]反力架为钢制框架结构，底部用螺栓固定，防止反力架倾覆。地面设有预制混凝土台，预制混凝土台抵住反力架，为反力架提供水平支撑力。整个反力架结构满足结构力学要求。
[0019]油缸的筒体穿过后推力架长轴两端。油缸支撑座用螺栓固定于油缸筒底，并支撑于反力架轨道梁上。油缸活塞杆用螺栓固定在反力架上。分别在油缸缸筒中部位置和缸盖位置处，焊制油缸前端传力凸台和油缸中部传力凸台。油缸顶进时，活塞杆随反力架固定不动，而油缸缸筒往前移动，通过油缸筒体上的油缸前端传力凸台或油缸中部传力凸台推动后推力架。
[0020]反力架上设置工字钢轨道梁，油缸支撑座和推力架滑座可在轨道梁上定向自由滑动，推力架滑座下设弯钩勾住轨道梁的翼缘，使推力架稳定不倾覆，保证反力系统为盾构模型提供定向反力。
[0021]本发明的特点在于实现较小空间内为室内盾构模型提供一种用于室内盾构模型试验始发反力传递装置及其使用方法。通过油缸支撑座和推力架滑座在固定的轨道梁上定向滑动，保证输出反力定向。通过油缸前端传力凸台、油缸中部传力凸台和可移动承压板及配套插销锁，能够为盾构模型试验提供可变推进行程，保证盾构模型可连续推进。采用本发明旨在为盾构模型掘进试验掘进创造始发和后续推进条件。
[0022]综上所述，本发明是一种具有可变行程的定向始发反力传递的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置及其使用方法。
【附图说明】
[0023]图1是始发反力传递装置总图。
[0024]图2是前推力架构件布置图。
[0025]图3是后推力架构件布置图。
[0026]图4是油缸支撑座构件布置图。
[0027]图5是插销锁构件布置图。
[0028]图6是承压板构件布置图。
[0029]图中，1-盾构模型，2-前推力架，3-后推力架，4-反力架，5-油缸，6_油缸前端传力凸台，7-承压板，8-插销锁，9-油缸支撑座，10-轨道梁，11-推力架滑座，12-预制混凝土台，13-油缸活塞杆，14-螺栓，15-反力架固定座，16-吊耳，17-卡槽，18-油缸支撑座滚筒，19-油缸支撑座固定座，20-承压板把手，21-插销锁插口，22-油缸中部传力凸台，23-弯钩。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图所示实例对本发明作进一步的说明。
[0031]如图1所示，反力架4用螺栓14固定在地面，防止反力架倾覆，同时地面浇筑有预制混凝土台12，为反力架4提供水平向支撑力。反力架4上安装轨道梁10。
[0032]如图1及图4所示，反力传递装置位于盾构模型I后方，反力架4置于地面，油缸活塞杆13用螺栓固定在反力架4上，前推力架2和后推力架3用螺栓连接，油缸5穿过后推力架3，油缸5底部安装的油缸支撑座9和后推力架3上的推力架滑座11共同安装于反力架4上的轨道梁10上，并可在轨道梁10上定向自由滑动。
[0033]如图1、图2和图3所示，前推力架2环板直径略小于盾构模型I，前推力架2能嵌入盾构模型I，在提供后推力的同时，限制盾构模型I的盾尾姿态变化。前推力架2和后推力架3用螺栓连接，后推力架3上设吊耳16，方便吊装。后推力架3长轴两侧预留孔洞，保证油缸5及设在油缸5上的油缸前端传力凸台6和油缸中部传力凸台22能够恰好通过。后推力架3背离前推力架2的一侧设置有卡槽17，以便于承压板7插入。后推力架3长轴正下方对称设有推力架滑座11。推力架滑座11下方设有弯钩23，以便勾住轨道梁10的翼缘，防止推力系统倾覆。
[0034]如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，盾构开始推进时，油缸5的油缸前端传力凸台6先抵住承压板7，油缸5加压推进，在油缸5推进一定行程后，拔移承压板7使其处于非工作状态，并用相应插销锁8固定，同时油缸5泄压，缸体回缩，解开插销锁8将承压板7抵住油缸5上的油缸中部传力凸台22，油缸5继续加压推进。若试验仍需更大行程，同样在油缸5泄压后退后在承压板7与油缸5上的油缸中部传力凸台22间加设支撑并继续推进。通过这样的设计，保证盾构模型I能够连续推进，且在较小空间范围内为盾构模型I推进提供更长行程。
[0035]上述实例说明本发明的原理和实施方式，没有对其具体尺寸和参数进行限制，研发人员只需根据力学原理并针对具体试验需求进行设计。本发明可为室内盾构模型试验提供一种具有可变行程的定向始发反力传递模拟装置及方法。
【主权项】
1.一种用于室内盾构模型试验始发反力传递装置，其特征是:反力架(4)上安装有轨道梁(10)，前推力架(2)和后推力架(3)之间固定连接，所述的前推力架(2)与盾构模型(I)固定连接，所述的后推力架(3)的底部设有推力架滑座(11)，后推力架(3)的两侧预留有孔洞，油缸(5)穿过所述的后推力架(3)的孔洞，所述的油缸(5)的油缸活塞杆(13)固定连接在所述的反力架(4)上，所述的油缸(5)的缸体安装有油缸支撑座(9)，所述的油缸支撑座(9)和所述的推力架滑座(11)共同安装于所述的轨道梁(10)上并能在所述的轨道梁(10)上定向自由滑动，所述的油缸(5)上设有油缸前端传力凸台(6)和油缸中部传力凸台(22)，所述的后推力架(3)背离前所述的推力架(2)的一侧设置有卡槽(17)，包括能插入到所述的卡槽(17)内的承压板(7)，所述的承压板(7)插入到所述的卡槽(17)时，所述的承压板(7)能挡住所述的油缸(5)上的所述的油缸前端传力凸台(6)和油缸中部传力凸台(22)通过所述的后推力架(3)上的孔洞。2.根据权利要求1所述的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置，其特征是:所述的卡槽(17)上设有插销锁(8)，所述的承压板(7)上设有容纳所述的插销锁(8)插入的插销锁插口(21)。3.根据权利要求1或2所述的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置，其特征是:所述的承压板(7)上设有承压板把手(20)。4.根据权利要求1或2所述的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置，其特征是:所述的推力架滑座(11)下方设有弯钩(23)，所述的弯钩(23)勾住所述的轨道梁(10)的翼缘。5.根据权利要求1或2所述的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置，其特征是:所述的后推力架(3)上设有吊耳(16)。6.根据权利要求1或2所述的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置，其特征是:所述的反力架(4)用螺栓(14)固定在地面，地面浇筑有为所述的反力架(4)提供水平向支撑力的预制混凝土台(12)。7.根据权利要求1或2所述的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置，其特征是:所述的前推力架(2)的环板直径略小于所述的盾构模型(I)，所述的前推力架(2)嵌入所述的盾构模型(I)固定连接。8.根据权利要求1或2所述的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置，其特征是:所述的前推力架(2)和所述的后推力架(3)用螺栓连接。9.使用权利要求1所述的用于室内盾构模型试验始发反力传递装置的方法，其特征是:盾构开始推进时，油缸的油缸前端传力凸台先抵住承压板，油缸加压推进，在油缸推进一定行程后，拔移承压板使其处于非工作状态，同时油缸泄压，缸体回缩，将承压板抵住油缸上的油缸中部传力凸台，油缸继续加压推进;若试验仍需更大行程，同样在油缸泄压后退后在承压板与油缸上的油缸中部传力凸台间加设支撑并继续推进。10.根据权利要求9所述的使用用于室内盾构模型试验始发反力传递装置的方法，其特征是:拔移时承压板用相应插销锁固定承压板使承压板处于非工作状态。
【文档编号】G01M99/00GK105841986SQ201610181830
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】王树英, 阳军生, 樊祥喜, 傅金阳, 何卫, 瞿同明
【申请人】中南大学