一种tbm实验台刀盘约束系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种约束装置，尤其是涉及一种TBM实验台刀盘约束系统。
【背景技术】
[0002]全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine)，简称TBM，国内多特指其能够在硬岩地质条件下完成隧道开挖、出碴、初期支护、通风除尘、敷设隧道轨线以及风水电延伸于一体的大型隧道工程机械，用以区分土压平衡盾构和泥水盾构。TBM施工法具有快速、优质、安全等优点，普遍应用于国内外的硬岩地质隧道施工现场。
[0003]TBM自身结构庞大，系统复杂，同时由于各地地质条件千差万别，对TBM设计提出了不同的刀具、驱动功率、施工参数等要求，导致目前国内外的TBM制造需要预先花费大量人力物力开展施工路线具体地质环境的前瞻性探测，而TBM的参数设定目前也仅能依靠施工经验估量，因而建立TBM关键参数和不地质环境的匹配关系对于TBM施工的发展和新型TBM结构研宄有着重要的意义。然而隧道施工环境制约了施工数据采集的准确度，现有的理论计算无法兼顾复杂的施工环境，因此开展物理模拟试验是TBM设计和关键技术进步的主要可行方案。
[0004]开展TBM物理模拟实验的难点在于模拟实际TBM掘进时刀盘与围岩的相互作用，传统的实验台仅着重于推力负载和扭矩负载的模拟，仅能模拟TBM在沿直线掘进的工况，然而实际施工时为了避开不利的地质环境，TBM规划路线往往包含多段曲线，更重要的是在部分工程规划时要求两台TBM分别在规划路线的起点和终点相对掘进，因而提高TBM调向精度显得极其重要。要研宄TBM调向，仅靠传统的推力负载和扭矩负载无法模拟TBM调向时围岩对刀盘转向方向上的扭矩负载，由此并经过文献检索而发现，目前现有技术还缺少一种能实现TBM实验台刀盘约束的系统。
【发明内容】
[0005]为了解决【背景技术】中存在的问题，本发明的目的在于提出一种TBM实验台刀盘约束系统，为刀盘施加调向时的调向扭矩负载，为TBM高精度姿态控制实验的开展提供支撑。
[0006]本发明采用的技术方案是:
[0007]本发明包括前支护套、上约束油缸组、下约束油缸组、左约束油缸组、右约束油缸组，样机刀盘的四周通过分别位于上下左右的上约束油缸组、下约束油缸组、左约束油缸组和右约束油缸组支撑；上约束油缸组、左约束油缸组和右约束油缸组均包括沿样机刀盘轴向间隔布置的两个约束油缸和一块支撑板，约束油缸的一端铰接在前支护套上，另一端均与支撑板铰接，支撑板安装在前支护套内壁的开槽上沿样机刀盘径向移动，三个约束油缸组的支撑板分别支撑在样机刀盘顶面和左右侧面；下约束油缸组包括一块支撑板和平行对称布置在样机刀盘底部两侧的两排下约束油缸，每排下约束油缸包括沿样机刀盘轴向间隔布置的两个下约束油缸，下约束油缸的一端铰接在前支护套上，另一端均与下支撑板铰接，下支撑板安装在前支护套内壁的开槽上沿样机刀盘径向移动，下支撑板支撑在样机刀盘底面。
[0008]所述的上约束油缸组包括两个沿样机刀盘轴向间隔布置的上约束油缸和上支撑板，两个约束油缸的一端铰接在前支护套上，另一端均铰接在上支撑板，上支撑板安装在前支护套内壁的开槽上沿样机刀盘径向移动，上支撑板支撑在样机刀盘顶面；所述的左约束油缸组包括两个沿样机刀盘轴向间隔布置的左约束油缸和左支撑板，两个约束油缸的一端铰接在前支护套上，另一端均铰接在左支撑板，左支撑板安装在前支护套内壁的开槽上沿样机刀盘径向移动，左支撑板支撑在样机刀盘左侧面；所述的右约束油缸组包括两个沿样机刀盘轴向间隔布置的右约束油缸和右支撑板，两个约束油缸的一端铰接在前支护套上，另一端均铰接在右支撑板，右支撑板安装在前支护套内壁的开槽上沿样机刀盘径向移动，右支撑板支撑在样机刀盘右侧面。
[0009]所述的上约束油缸组、左约束油缸组和右约束油缸组的每个约束油缸组均经相同的侧部油路组件分别连接油箱和定压油源。
[0010]所述的侧部油路组件包括侧部电磁换向阀和三通比例减压阀，每个约束油缸的大腔口与侧部电磁换向阀的A 口连接，每个约束油缸的小腔口与侧部电磁换向阀的B 口连接，与上约束油缸组、左约束油缸组和右约束油缸组连接的每个侧部电磁换向阀的P 口经三通比例减压阀连接定压油源，三通比例减压阀的T 口连接油箱，与上约束油缸组、左约束油缸组和右约束油缸组连接的每个侧部电磁换向阀的T 口连接油箱。
[0011]所述的下约束油缸组经底部油路组件分别连接油箱和定压油源。
[0012]所述的底部油路组件包括单向阀、电磁比例溢流阀和底部电磁换向阀，每个下约束油缸的大腔入口经各自的单向阀连接到同一底部电磁换向阀的A 口，每个下约束油缸的小腔入口均连接到同一底部电磁换向阀的B 口，每个下约束油缸的大腔入口均经各自的电磁比例溢流阀连接油箱，底部电磁换向阀的P 口连接定压油源，底部电磁换向阀的T 口连接油箱。
[0013]所述的约束油缸组中的各个油缸均装有压力表和位移传感器。
[0014]所述的定压油源包括油泵、过滤器、电机、泄荷阀块和单向阀，油泵经联轴器与电机连接，油泵出口经过滤器输出作为输出油口，输出油口经泄荷阀块后与油泵入口一起连接油箱，油泵出口与输出油口之间连接有单向阀。
[0015]整个装置由前后支护套、TBM样机、约束油缸组组成，约束油缸组安装在前支护套上，包含的油缸穿过前支护套，通过与TBM样机刀盘接触的支撑板对样机刀盘实现约束，约束油缸组内各个油缸输出力分别由比例压力阀控制，TBM样机调姿时，对应方向上的一对约束油缸组工作在设定压力，一对支撑板各自在一点对刀盘施加径向作用力，两个作用点沿刀盘轴向的距离作为力臂，约束油缸组实现了对刀盘的调姿扭矩加载。
[0016]本发明安装在前支护套外壁并穿过前支护套上下左右四个方向的约束加载油缸组实现对TBM样机刀盘的支撑和约束，TBM样机撑靴油缸高压撑紧在后护套内壁上，与约束加载油缸组共同实现对样机的支撑。
[0017]其中下方约束油缸组包含四个压力单独由比例溢流阀控制的油缸，其他三个方向油缸组包含两个压力单独由比例减压阀控制的油缸，实现对各个油缸输出力的分别比例控制；当TBM样机调姿时，以刀盘与对应的支撑板接触点之间轴向的距离作为力臂，则油缸输出的可控力对刀盘提供调姿方向上的可控扭矩约束，模拟TBM掘进时调向的负载特性，进而为研宄TBM高精度调向提供实验条件。
[0018]本发明具有的有益效果是:
[0019]本发明通过四个方向上的约束油缸组实现了对TBM样机刀盘的支撑约束，限制约束油缸组仅能径向移动，保证了刀盘调姿时对应油缸工作在调定压力，避免了轴向和周向的油缸侧向力，同时利用刀盘自身长度作为力臂，为刀盘提供了调姿方向上的扭矩负载。
[0020]底部油缸组采用溢流阀被动加载，加载同时支撑样机自重，四个油缸对称分布，避免样机刀盘左右调姿后的倾覆危险。
[0021]油缸工作压力比例可调，可模拟不同地质条件下TBM调向时的负载条件。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的结构主视图。
[0023]图2是本发明的结构左视图。
[0024]图3是本发明的液压系统原理图。
[0025]图中:1、前支护套，2、上约束油缸组，3、后支护套，4、TBM样机，41、样机刀盘，42、样机撑靴，5、下约束油缸组，6、左约束油缸组，7、右约束油缸组，21、上支撑板，51、下支撑板，61、左支撑板，71、右支撑板，22、上约束油缸，52、下约束油缸，62、左约束油缸，72、右约束油缸，8、单向阀，9、电磁比例溢流阀，10、底部电磁换向阀，11、定压油源，12、三通比例减压阀，13、侧部电磁换向阀，14、压力表，15、位移传感器。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0027]如图1所示，本发明包括样机撑靴42和后支护套3，TBM样机4通过样机撑靴42撑在后支护套3内壁，还包括前支护套1、上约束油缸组2、下约束油缸组5、左约束油缸组
6、右约束油缸组7，如图2所示，样机刀盘41的四周通过分别位于上下左右的上约束油缸组
2、下约束油缸组5、左约束油缸组6和右约束油缸组7支撑在前支护套I内。
[0028]如图2所示，上约束油缸组2、左约束油缸组6和右约束油缸组7均包括沿样机刀盘41轴向间隔布置的两个约束油缸和一块支撑板，约束油缸的一端铰接在前支护套I上，另一端均与支撑板铰接，支撑板安装在前支护套I内壁的开槽上沿样机刀盘41径向移动，三个约束油缸组的支撑板分别支撑在样机刀盘41顶面和左右侧面；下约束油缸组5包括一块支撑板和平行对称布置在样机刀盘41底部两侧的两排下约束油缸，每排下约束油缸包括沿样机刀盘41轴向间隔布置的两个下约束油缸52，下约束油缸52的一端铰接在前支护套I上，另一端均与下支撑板51铰接，下支撑板51安装在前支护套I内壁的开槽上沿样机刀盘41径向移动，下支撑板51支撑在样机刀盘41底面。
[0029]四块支撑板在上下左右四个方向对TBM样机刀盘41实现约束，位于前后左右四个方向上的支撑板均被前支护套I径向约束，使得支撑板沿TBM样机刀盘41的径向伸缩。
[0030]上约束油缸组2包括两个沿样机刀盘41轴向间隔布置的上约束油缸22和上支撑板21，两个约束油缸的一端铰接在前支护套I上，另一端均铰接在上支撑板21，上支撑板21安装在前支护套I内壁的开槽上沿样机刀盘41径向移动，上支撑板21支撑在样机刀盘41顶面；
[0031]左约束油缸组6包括两个沿样机刀盘41轴向间隔布置的左约束油缸62和左支撑板61，两个约束油缸的一端铰接在前支护套I上，另一端均铰接在左支撑板61，左支撑板61安装在前支护套I内壁的开槽上沿样机刀盘41径向移动，左支撑板61支撑在样机刀盘41左侧面；
[0032]右约束油缸组7包括两个沿样机刀盘41轴向间隔布置的右约束油缸72和右支撑板71，两个约束油缸的一端铰接在前支护套I上，另一端均铰接在右支撑板71，右支撑板71安装在前支护套I内壁的开槽上沿