一种隧道施工救生舱舱体防护能力试验平台及方法
【专利摘要】本发明属于隧道施工救援配套技术领域，并公开了一种隧道施工救生舱舱体防护能力试验平台及方法，该试验平台包括承载台架、牵引装置、多个竖直加载执行机构和多个水平加载执行机构，牵引装置包括牵引栈桥、两台卷扬机、钢丝绳和牵引小车；承载台架上设置有限位块；每个竖直加载执行机构均包括竖直液压缸和竖直压块，所述竖直液压缸的液压杆竖直设置；多个水平加载执行机构分为左右两排布置。该试验方法包括对救生舱舱体和救生舱整体模拟均布静载荷模拟试验、模拟冲击载荷试验和模拟局部、单侧偏载荷试验本发明的承载台架作为本试验装置主要受力构件，试验中承载加载静力的反作用力，能较好地分散试验中承载加载静力的反作用力。
【专利说明】
一种隧道施工救生舱舱体防护能力试验平台及方法
技术领域
[0001 ]本发明属于静力液压加载试验装置领域，更具体地，涉及一种隧道施工救生舱舱体防护能力试验平台及方法。
【背景技术】
[0002]隧道施工救生舱舱体结构的承载能力是隧道施工救生舱研制中的一项重要技术内容，是隧道施工救生舱舱体结构稳性的关键指标，由于隧道施工救生舱试验装置试验对象(隧道施工救生舱舱体结构)的特殊性，相关领域中无专门为其设计的隧道施工救生舱试验装置，无法适配于隧道施工救生舱舱体结构特征和试验方法。相应地，本领域亟需对此作出进一步的研究和设计，以便对整个防护测试过程给出全面、规范的研究，进而有利于设计单位和制造单位获得更为准确、可控的评估标准
【发明内容】
[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种隧道施工救生舱舱体静力试验装置和试验方法，其中通过竖直方向和水平方向多加载模块静力液压加载试验装置，能够在试验控制台上直接控制静力加载的大小和竖直方向、水平方向多加载模块自由组合，对隧道施工救生舱舱体结构进行竖直方向和水平方向同时、局部或均布静力加载。
[0004]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种隧道施工救生舱舱体防护能力试验平台，其特征在于，该平台包括承载台架、牵引装置、多个竖直加载执行机构和多个水平加载执行机构，其中，
[0005]所述牵引装置包括牵引栈桥、卷扬机和牵引小车，其中该牵引栈桥安装在所述承载台架上，多台卷扬机分别通过钢丝绳与所述牵引小车连接，用于带动所述牵引小车上下移动;所述牵引小车通过竖直设置的导轨安装在所述牵引栈桥上，由此用于将待测试救生舱舱体运送到所述承载台架上；
[0006]所述承载台架上设置有限位块，以用于限制所述牵引小车在竖直方向的位移；
[0007]所述多个竖直加载执行机构各自包括竖直液压缸和竖直压块，其中该竖直液压缸的液压杆竖直设置，并且在此液压杆上设置所述竖直压块，由此用于在竖直方向上施加作用力在待测试救生舱上；
[0008]所述多个水平加载执行机构分为左右两排布置，所述每个水平加载执行机构均包括水平液压缸和水平压块，其中该水平液压缸的液压杆水平设置，并且在此液压杆上设置所述水平压块，由此用于从左及从右分别施加作用力在待测试的救生舱上。
[0009]作为进一步优选地，每个竖直液压缸均通过竖直连接法兰安装在所述承载台架上。
[0010]作为进一步优选地，每个竖直加载执行机构还包括竖直导杆，所述竖直导杆竖直安装在所述承载支架上，所述竖直导杆贯穿所述竖直连接法兰，并且所述竖直导杆的下端连接在所述竖直压块上，以用于对所述竖直压块的竖直移动进行导向。
[0011]作为进一步优选地，每个水平液压缸均通过水平连接法兰安装在所述承载台架上。
[0012]作为进一步优选地，每个水平加载执行机构还包括水平导杆，所述水平导杆水平安装在所述承载支架上，所述水平导杆贯穿所述水平连接法兰，并且所述水平导杆靠近所述牵引栈桥的一端连接在所述水平压块上，以用于对所述水平压块的水平移动进行导向。
[0013]按照本发明的另一方面，还提供利用以上平台相应对救生舱进行防护能力试验的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0014]a)将救生舱舱体移动至所述承载台架上；
[0015]b)模拟均布静载荷模拟试验:
[0016]所有的竖直加载执行机构的竖直液压缸和所有的水平加载执行机构的液压缸同时对救生舱舱体加载，以使竖直加载执行机构从竖直方向加载在所述救生舱舱体上的压强达到418kPa，并使每排水平加载执行机构从水平方向加载在所述救生舱舱体上的压强分别达到209kPa，其中的一排水平加载执行机构加载在救生舱舱体的舱门上，另一排水平加载执行机构加载在救生舱舱体上无舱门的部位，然后观察救生舱舱体的受压情况、记录救生舱舱体上的应变片输出的应变情况的数据；
[0017]c)模拟冲击载荷试验:
[0018]每个竖直加载执行机构从竖直方向加载在所述救生舱舱体上的压力值为220kN，而且每排水平加载执行机构从水平方向加载在所述救生舱舱体上的压强达到4.3MPa，然后观察舱体情况、记录救生舱舱体上的应变片输出的应变情况的数据，目测舱体倾覆与否；
[0019]d)模拟局部、单侧偏载荷试验:
[0020]每个竖直加载执行机构从竖直方向加载在所述救生舱舱体上的压力值为llOkN，而且每排水平加载执行机构从水平方向加载在所述救生舱舱体上的压强达到4.3MPa，然后观察舱体情况、记录救生舱舱体上的应变片输出的应变情况的数据；
[0021]e)救生舱舱体模拟载荷试验完毕后，将救生舱舱体、移动系统组装成为救生舱，并将救生舱移动至所述承载台架上；
[0022]f)重复以上步骤b)至步骤d)，对救生舱进行模拟载荷试验，直到试验结束。
[0023]作为进一步优选地，在步骤b)中，每个所述竖直加载执行机构的竖直液压缸的油压优选按OMPa、8.6MPa、1.3MPa、12.0MPa、13.7MPa、15.4MPa、16.3MPa至 17.IMPa 的顺序依次递增，其中一排水平加载执行机构的每个水平液压缸的油压优选按0MPa、8.1MPa、
9.7MPa、11.3MPa、13.0MPa、14.6MPa、15.4MPa至 16.2MPa的顺序依次递增，另一排水平加载执行机构的每个水平液压缸的油压按OMPa、2.8MPa、3.3MPa、3.9MPa、4.4MPa、5MPa、5.2MPa至5.5MPa的顺序递增。
[0024]作为进一步优选地，在步骤c)中，每排水平加载执行机构同步加载，并且每个水平液压缸的油压优选按OMPa、2.2MPa、2.6MPa、3MPa、3.4MPa、3.9MPa、4.1MPa至4.3MPa的顺序递增。
[0025]作为进一步优选地，在步骤d)中，每排水平加载执行机构同步加载，并且每个水平液压缸的油压优选按OMPa、2.2MPa、2.6MPa、3MPa、3.4MPa、3.9MPa、4.1MPa至4.3MPa的顺序递增。
[0026]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0027]1.本发明的承载台架作为本试验装置主要受力构件，试验中承载加载静力的反作用力，能较好的分散试验中承载加载静力的反作用力，为静力加载提供一个坚实的基础支持；
[0028]2.试验中由竖直执行机构提供加载静力，多个竖直执行机构和水平执行机构的分布决定了其加载静力作用位置和方式的多样性，能保障隧道施工救生舱舱体结构多种加载试验方法的实施，具有良好的适配性；
[0029]3.本发明的竖直液压缸和水平液压缸作为执行机构重要组成构件，保证了作用力的稳定性；
[0030]4.本发明的牵引装置，为隧道施工救生舱的进、出提供基础，可保证舱体到位。
【附图说明】
[0031]图1是本发明的主视图；
[0032]图2是本发明中牵引装置牵引待测试救生舱舱体时的示意图；
[0033]图3是本发明中竖直执行机构的结构示意图；
[0034]图4是本发明中水平执行机构的结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0036]参照图1?图4，一种隧道施工救生舱舱体防护能力试验平台，包括承载台架4、牵引装置、多个竖直加载执行机构和多个水平加载执行机构，其中，所述牵引装置包括牵引栈桥10、两台卷扬机8、钢丝绳9和牵引小车11，所述牵引栈桥10安装在所述承载台架4上，所述每台卷扬机8分别通过钢丝绳9与牵引小车11连接，以用于带动所述牵引小车11上下移动；所述牵引小车11通过竖直设置的导轨安装在所述牵引栈桥10上，以用于将待测试救生舱舱体12运送到所述承载台架4上;所述承载台架4上设置有限位块，并且所述限位块的位置可调整，以用于限制所述牵引小车11在竖直方向的位移;所述每个竖直加载执行机构均包括竖直液压缸I和竖直压块3，所述竖直液压缸I的液压杆竖直设置，并且在所述竖直液压缸I的液压杆上设置所述竖直压块3，以用于在竖直方向上施加作用力在待测试救生舱上;所述的多个水平加载执行机构分为左右两排布置，所述每个水平加载执行机构均包括水平液压缸7和水平压块5，所述水平液压缸7的液压杆水平设置，并且在所述水平液压缸7的液压杆上设置所述水平压块5，以用于从左及从右分别施加作用力在待测试救生舱上。
[0037]进一步，每个竖直液压缸I均通过竖直连接法兰13安装在所述承载台架4上。
[0038]进一步，每个竖直加载执行机构还包括竖直导杆2，所述竖直导杆2竖直安装在所述承载支架上，所述竖直导杆2贯穿所述竖直连接法兰13，并且所述竖直导杆2的下端连接在所述竖直压块3上，以用于对所述竖直压块3的竖直移动进行导向。
[0039]进一步，每个水平液压缸7均通过水平连接法兰14安装在所述承载台架4上。
[0040]进一步，每个水平加载执行机构还包括水平导杆6，所述水平导杆6水平安装在所述承载支架上，所述水平导杆6贯穿所述水平连接法兰14，并且所述水平导杆6靠近所述牵引栈桥10的一端连接在所述水平压块5上，以用于对所述水平压块5的水平移动进行导向。
[0041]如图2所示，承载台架4主要由钢结构组成，包括顶部台架、侧端台架、底部台架，通过螺栓连接，形成一个整体箱体框架结构，且便于连接，组装和拆卸。承载台架4作为主要承力构件，承受在隧道施工救生舱加载静力试验时的反作用力，为保证加载静力的平稳，承载台架4安装时应采用地脚螺栓与水泥浇筑地面连接。承载台架4应根据隧道施工救生舱试验方法的具体要求，对承载台架4的框架结构作有限元数值模拟分析、计算，包括框架应力、应变及变形，同时要求计算连接螺栓的抗拉、抗剪强度计算，承载台架4各项计算结果应满足相关设计及使用要求。
[0042]液压缸通过前法兰后端与承载台架4内端螺栓连接，液压缸前端球铰与压块支座相连接，同时有2根导杆通过法兰均布连接于压块上，导杆导块中设置无油轴承。竖直、水平方向多个执行机构的设置，可使同一方向上执行机构实现联动和独动，满足试验方法的多种需要。液压缸的安装方式可使得执行机构运行平稳，减轻由于隧道施工救生舱舱体表面不平整产生的侧向力对液压缸的损伤。
[0043]牵引机构作为本试验装置待测试验进出的主要载体，试验时将隧道施工救生舱置于导轨小车上，导轨小车落于导轨上，两台卷扬机8通过钢丝绳9分别连接于导轨小车两端，当隧道施工救生舱落位后，通过卷扬机8的转动，带动钢丝绳9，牵动牵引小车，在导轨上自由滑动。承载台架4上设置可调整位置的限位块，便于导轨小车移动至指定位置，起到止动作用。
[0044]液压站作为本试验装置的动力源，提供加载静力所需的高压油。主要由电机栗组、液压油箱、伺服阀及阀类液压元件、集成块、风冷系统、蓄能器、压力表、电控箱、管件等组成;本发明的动力源采用恒压变量栗，根据本试验装置试验方法特点一一长时间保压，选用恒压变量栗可减小系统流量，同时辅助蓄能器，可保证本液压站加载时具有较小的能耗和噪音。阀块和各种阀类元件可以保证竖直方向和水平方向各液压缸压力线性可调，且具有保压功能，并能适配于本试验装置多种试验方法的需要。冷却装置采用风冷系统，简单可靠。蓄能器和蓄能器专用安全阀组，可起到稳流和保压作用。
[0045]本发明的操控台主要由PLC(CPU224CN、EN22332DI/32D0)模块、触摸屏、开关电源、按钮、指示灯、嗡鸣器、端子、时间继电器、热继电器、中间继电器、交流接触器、断路器、线等组成。操控台除可控制电机起停，还未伺服阀、传感器等提供电源和通过PLC收发、处理信号，保证竖直方向和水平方向各液压缸压力线性可调。液压站配备的液位计、电接点压力表、液温计、滤油堵塞报警器等监控设备的信号报警，可以通过操控台上的触摸屏与报警指示灯、嗡鸣器等直观的了解系统故障原因，便于及时排除故障。
[0046]另外，本发明还提供了一种采用上述试验平台对救生舱舱体进行防护能力试验的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0047]a)将救生舱舱体移动至所述承载台架上；
[0048]b)模拟均布静载荷模拟试验:所有的竖直加载执行机构的竖直液压缸和所有的水平加载执行机构的液压缸同时对救生舱舱体加载，以使竖直加载执行机构从竖直方向加载在所述救生舱舱体上的压强达到418kPa，并使每排水平加载执行机构从水平方向加载在所述救生舱舱体上的压强分别达到209kPa，其中的一排水平加载执行机构加载在救生舱舱体的舱门上，另一排水平加载执行机构加载在救生舱舱体上无舱门的部位，然后观察救生舱舱体的受压情况、记录救生舱舱体上的应变片输出的应变情况的数据；
[0049]c)模拟冲击载荷试验:每个竖直加载执行机构从竖直方向加载在所述救生舱舱体上的压力值为220kN，而且每排水平加载执行机构从水平方向加载在所述救生舱舱体上的压强达到4.3MPa，然后观察舱体情况、记录救生舱舱体上的应变片输出的应变情况的数据，目测舱体倾覆与否；
[0050]d)模拟局部、单侧偏载荷试验:每个竖直加载执行机构从竖直方向加载在所述救生舱舱体上的压力值为llOkN，而且每排水平加载执行机构从水平方向加载在所述救生舱舱体上的压强达到4.3MPa，然后观察舱体情况、记录救生舱舱体上的应变片输出的应变情况的数据；
[0051]e)救生舱舱体模拟载荷试验完毕后，将救生舱舱体、移动系统组装成为救生舱，并将救生舱移动至所述承载台架上；
[0052]f)重复步骤b)、c)、d)，对救生舱进行模拟载荷试验，直到试验结束。
[0053]进一步，步骤b)中，每个所述竖直加载执行机构的竖直液压缸的油压按OMPa、8.6MPa、10.3MPa、12.0MPa、13.7MPa、15.4MPa、16.3MPa至 17.IMPa的顺序依次递增，其中一排水平加载执行机构的每个水平液压缸的油压按OMPa、8.1MPa、9.7MPa、11.3MPa、13.0MPa、14.6MPa、15.4MPa至16.2MPa的顺序依次递增，另一排水平加载执行机构的每个水平液压缸的油压按 OMPa、2.8MPa、3.3MPa、3.9MPa、4.4MPa、5MPa、5.2MPa 至 5.5MPa 的顺序递增。
[0054]进一步，步骤c)中每排水平加载执行机构同步加载，并且每个水平液压缸的油压按OMPa、2.2MPa、2.6MPa、3MPa、3.4MPa、3.9MPa、4.1MPa至4.3MPa的顺序递增。
[0055]进一步，步骤d)中每排水平加载执行机构同步加载，并且每个水平液压缸的油压按OMPa、2.2MPa、2.6MPa、3MPa、3.4MPa、3.9MPa、4.1MPa至4.3MPa的顺序递增。
[0056]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种隧道施工救生舱舱体防护能力试验平台，其特征在于，该平台包括承载台架、牵引装置、多个竖直加载执行机构和多个水平加载执行机构，其中， 所述牵引装置包括牵引栈桥、卷扬机和牵引小车，其中该牵引栈桥安装在所述承载台架上，多台卷扬机分别通过钢丝绳与所述牵引小车连接，用于带动所述牵引小车上下移动；所述牵引小车通过竖直设置的导轨安装在所述牵引栈桥上，由此用于将待测试救生舱舱体运送到所述承载台架上； 所述承载台架上设置有限位块，以用于限制所述牵引小车在竖直方向的位移； 所述多个竖直加载执行机构各自包括竖直液压缸和竖直压块，其中该竖直液压缸的液压杆竖直设置，并且在此液压杆上设置所述竖直压块，由此用于在竖直方向上施加作用力在待测试救生舱上； 所述多个水平加载执行机构分为左右两排布置，所述每个水平加载执行机构均包括水平液压缸和水平压块，其中该水平液压缸的液压杆水平设置，并且在此液压杆上设置所述水平压块，由此用于从左及从右分别施加作用力在待测试的救生舱上。2.根据权利要求1所述的隧道施工救生舱舱体防护能力试验平台，其特征在于，每个竖直液压缸均通过竖直连接法兰安装在所述承载台架上。3.根据权利要求2所述的隧道施工救生舱舱体防护能力试验平台，其特征在于，每个竖直加载执行机构还包括竖直导杆，所述竖直导杆竖直安装在所述承载支架上，所述竖直导杆贯穿所述竖直连接法兰，并且所述竖直导杆的下端连接在所述竖直压块上，以用于对所述竖直压块的竖直移动进行导向。4.根据权利要求1所述的隧道施工救生舱舱体防护能力试验平台，其特征在于，每个水平液压缸均通过水平连接法兰安装在所述承载台架上。5.根据权利要求4所述的隧道施工救生舱舱体防护能力试验平台，其特征在于，每个水平加载执行机构还包括水平导杆，所述水平导杆水平安装在所述承载支架上，所述水平导杆贯穿所述水平连接法兰，并且所述水平导杆靠近所述牵引栈桥的一端连接在所述水平压块上，以用于对所述水平压块的水平移动进行导向。6.—种采用权利要求1?5中任何一项所述的试验平台对救生舱进行防护能力试验的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: a)将救生舱舱体移动至所述承载台架上； b)模拟均布静载荷模拟试验: 所有的竖直加载执行机构的竖直液压缸和所有的水平加载执行机构的液压缸同时对救生舱舱体加载，以使竖直加载执行机构从竖直方向加载在所述救生舱舱体上的压强达到418kPa，并使每排水平加载执行机构从水平方向加载在所述救生舱舱体上的压强分别达到209kPa，其中的一排水平加载执行机构加载在救生舱舱体的舱门上，另一排水平加载执行机构加载在救生舱舱体上无舱门的部位，然后观察救生舱舱体的受压情况、记录救生舱舱体上的应变片输出的应变情况的数据； c)模拟冲击载荷试验: 每个竖直加载执行机构从竖直方向加载在所述救生舱舱体上的压力值为220kN，而且每排水平加载执行机构从水平方向加载在所述救生舱舱体上的压强达到4.3MPa，然后观察舱体情况、记录救生舱舱体上的应变片输出的应变情况的数据，目测舱体倾覆与否； d)模拟局部、单侧偏载荷试验: 每个竖直加载执行机构从竖直方向加载在所述救生舱舱体上的压力值为llOkN，而且每排水平加载执行机构从水平方向加载在所述救生舱舱体上的压强达到4.3MPa，然后观察舱体情况、记录救生舱舱体上的应变片输出的应变情况的数据； e)救生舱舱体模拟载荷试验完毕后，将救生舱舱体、移动系统组装成为救生舱，并将救生舱移动至所述承载台架上； f)重复以上步骤b)至步骤d)，对救生舱进行模拟载荷试验，直到试验结束。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，每个所述竖直加载执行机构的竖直液压缸的油压优选按OMPa、8.6MPa、10.3MPa、12.0MPa、13.7MPa、15.4MPa、16.3MPa至17.1MPa的顺序依次递增，其中一排水平加载执行机构的每个水平液压缸的油压优选按OMPa、8.IMPa、9.7MPa、11.3MPa、13.0MPa、14.6MPa、15.4MPa至 16.2MPa的顺序依次递增，另一排水平加载执行机构的每个水平液压缸的油压按OMPa、2.8MPa、3.3MPa、3.9MPa、4.4MPa、5MPa、5.2MPa至5.5MPa的顺序递增。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，每排水平加载执行机构同步加载，并且每个水平液压缸的油压优选按OMPa、2.2MPa、2.6MPa、3MPa、3.4MPa、3.9MPa、4.1MPa至4.3MPa的顺序递增。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤d)中，每排水平加载执行机构同步加载，并且每个水平液压缸的油压优选按OMPa、2.2MPa、2.6MPa、3MPa、3.4MPa、3.9MPa、.4.1MPa至4.3MPa的顺序递增。
【文档编号】G01M99/00GK106092624SQ201610366874
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】苗德海, 王春梅, 王伟, 杨光, 韩向阳, 陈丹东, 王克金, 潘登, 殷杰
【申请人】中铁第四勘察设计院集团有限公司