样机刀盘41径向移动，右支撑板71支撑在样机刀盘41右侧面。
[0033]如图3所示，上约束油缸组2、左约束油缸组6和右约束油缸组7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11。侧部油路组件包括侧部电磁换向阀13和三通比例减压阀12，每个约束油缸的大腔口与侧部电磁换向阀13的A 口连接，每个约束油缸的小腔口与侧部电磁换向阀13的B 口连接，上约束油缸组2、左约束油缸组6和右约束油缸组7连接的每个侧部电磁换向阀13的P 口经三通比例减压阀12连接定压油源11，三通比例减压阀12的T 口连接油箱，上约束油缸组2、左约束油缸组6和右约束油缸组7连接的每个侧部电磁换向阀13的T 口连接油箱。
[0034]如图3所示，下约束油缸组5经底部油路组件分别连接油箱和定压油源11。底部油路组件包括单向阀8、电磁比例溢流阀9和底部电磁换向阀10，每个下约束油缸52的大腔入口经各自的单向阀8连接到同一底部电磁换向阀10的A 口，每个下约束油缸52的小腔入口均连接到同一底部电磁换向阀10的B 口，每个下约束油缸52的大腔入口均经各自的电磁比例溢流阀9连接油箱，底部电磁换向阀10的P 口连接定压油源11，底部电磁换向阀10的T 口连接油箱。
[0035]约束油缸组中的各个油缸均装有压力表14和位移传感器15。
[0036]定压油源11接高压油路H。定压油源11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。
[0037]本发明的工作原理和过程如下:
[0038]当样机不调向时，下约束油缸组比例溢流阀调定安全压力支撑样机重量，定压油源不启动，其他各个方向换向阀在中位，油缸不加载。
[0039]样机向左调向时，定压油源开始工作，H油路建立起由卸荷阀设定的高压，此时上约束油缸组不工作，调定下约束油缸组电磁比例溢流阀为较高的安全压力支撑刀盘自重，上、下约束油缸组换向阀均工作在中位。此时样机刀盘以重力轴为轴线旋转，同时样机向前推进，挤压左约束油缸组，左、右约束油缸组侧部换向阀均工作在左位，换向阀的P 口和A 口接通，B 口接通T 口，油缸大腔工作在三通比例减压阀调定压力下，油缸小腔接回油箱，对应左约束油缸组油液由三通减压阀T 口溢流，右约束油缸组大腔在对应减压阀调定压力下工作，刀盘在水平面上受到左右约束力，且由于支撑板沿径向伸缩，刀盘在水平截面上与支撑板点接触，左右约束力以刀盘长度为力臂对刀盘施加扭矩约束，调定减压阀工作压力即可设定不同的约束力矩值，从而模拟不同地质条件下TBM横摆调向时的扭矩负载，开展TBM掘进横摆调姿的模拟实验。试验完成后，样机停止推进，撤掉刀盘调向驱动力，右约束油缸组换向阀切换到中位，左约束油缸在大腔高压油作用下伸出，从而将样机刀盘复位，为下次实验做准备。向右调向与之类似。
[0040]考虑到安全因素，下约束油缸组仅作被动加载，样机仅能向下调向，根据对称性对实验开展没有影响。样机向下调向时，定压油源开始工作，H油路建立起由卸荷阀设定的高压，此时左、右约束油缸组不工作，对应换向阀工作在中位。样机刀盘以水平面直径线为轴线旋转，同时样机向前推进，挤压下约束油缸组，下约束油缸组换向阀中位接通，对应油缸大腔在单向阀反向堵塞作用下，在比例溢流阀调定压力下泄油，上约束油缸组换向阀左位接通，阀的P 口和A 口接通，B 口接通T 口，油缸大腔工作在三通比例减压阀调定压力下，油缸小腔接回油箱，刀盘在垂直面上受到上下约束力，且由于支撑板沿径向伸缩，刀盘在垂直截面上与支撑板点接触，上下约束力以刀盘长度为力臂对刀盘施加扭矩约束，调定减压阀和溢流阀工作压力即可设定不同的约束力矩值，从而模拟不同地质条件下TBM俯仰调向时的扭矩负载，开展TBM掘进俯仰调姿的模拟实验。试验完成后，样机停止推进，撤掉刀盘调向驱动力，下约束油缸组换向阀切换到左位，P 口接通对应油缸大腔，上约束油缸组换向阀切换到中位，下约束油缸向上顶出，从而将样机刀盘复位，为下次实验做准备。
[0041]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，保证了油缸调定压力，避免了油缸侧向力，为刀盘提供了调姿方向上的扭矩负载；且四个油缸对称分布，避免样机刀盘左右调姿后的倾覆危险，可模拟不同地质条件下TBM调向时的负载条件，由此具有突出显著的技术效果。
【主权项】
1.一种TBM实验台刀盘约束系统，TBM样机(4)通过样机撑靴(42)撑在后支护套(3)内壁，其特征在于:包括前支护套(I)、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)，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； 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。
2.根据权利要求1所述的一种TBM实验台刀盘约束系统，其特征在于:所述的上约束油缸组(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； 所述的左约束油缸组(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； 所述的右约束油缸组(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)内壁的开槽上沿样机刀盘(41)径向移动，右支撑板(71)支撑在样机刀盘(41)右侧面。
3.根据权利要求1所述的一种TBM实验台刀盘约束系统，其特征在于:所述的上约束油缸组(2)、左约束油缸组(6)和右约束油缸组(7)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(11)。
4.根据权利要求3所述的一种TBM实验台刀盘约束系统，其特征在于:所述的侧部油路组件包括侧部电磁换向阀(13)和三通比例减压阀(12)，每个约束油缸的大腔口与侧部电磁换向阀(13)的A 口连接，每个约束油缸的小腔口与侧部电磁换向阀(13)的B 口连接，与上约束油缸组(2 )、左约束油缸组(6 )和右约束油缸组(7 )连接的每个侧部电磁换向阀(13)的P 口经三通比例减压阀(12)连接定压油源(11)，三通比例减压阀(12)的T 口连接油箱，与上约束油缸组(2)、左约束油缸组(6)和右约束油缸组(7)连接的每个侧部电磁换向阀(13)的T 口连接油箱。
5.根据权利要求1所述的一种TBM实验台刀盘约束系统，其特征在于:所述的下约束油缸组(5)经底部油路组件分别连接油箱和定压油源(11)。
6.根据权利要求5所述的一种TBM实验台刀盘约束系统，其特征在于:所述的底部油路组件包括单向阀(8 )、电磁比例溢流阀(9 )和底部电磁换向阀(10 )，每个下约束油缸(52 )的大腔入口经各自的单向阀(8)连接到同一底部电磁换向阀(10)的A 口，每个下约束油缸(52)的小腔入口均连接到同一底部电磁换向阀(10)的B 口，每个下约束油缸(52)的大腔入口均经各自的电磁比例溢流阀(9)连接油箱，底部电磁换向阀(10)的P 口连接定压油源(11)，底部电磁换向阀(10)的T 口连接油箱。
7.根据权利要求1所述的一种TBM实验台刀盘约束系统，其特征在于:所述的约束油缸组中的各个油缸均装有压力表(14)和位移传感器(15)。
8.根据权利要求4或6所述的一种TBM实验台刀盘约束系统，其特征在于:所述的定压油源(11)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。
【专利摘要】本发明公开了一种TBM实验台刀盘约束系统。样机刀盘四周通过上、下、左、右约束油缸组支撑在前支护套的内部；上、左、右约束油缸组的每个约束油缸组均包括约束油缸和支撑板，约束油缸两端铰接前支护套和支撑板，支撑板装在前支护套上径向移动并支撑在样机刀盘上；下约束油缸组的每排下约束油缸包括两个下约束油缸，下约束油缸两端铰接前支护套和下支撑板，下支撑板安装在前支护套上径向移动并支撑在样机刀盘底面。本发明通过四个方向的约束油缸组实现了对TBM样机刀盘的支撑约束，保证了刀盘调姿时油缸的泄油，避免了轴向和周向的侧向力，为刀盘提供了调姿方向的扭矩负载，可模拟不同地质条件下TBM调向时的负载。
【IPC分类】E21D9-087
【公开号】CN104863603
【申请号】CN201510234141
【发明人】龚国芳, 刘统, 彭左, 张振, 饶云意, 吴伟强, 杨华勇
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月10日