一种多功能隧道掘进实验装置的制作方法

本发明属于一种多功能隧道掘进实验装置。

背景技术

盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、岩石、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

在盾构机的刀头掘进的施工过程中，通常要在刀盘上施加一定的持续压力，实现刀盘与岩石实现一定持续性的压力的接触，然后转动刀盘，实现对岩石的切削；目前，提出了一种通过对刀盘施加冲击压力的方式，通过在刀盘与岩石之间施加间断的冲击压力，然后转动刀盘，实现对岩石的切削，该种方式可以保证较好的切削效果同时，达到良好的节能效果。

但是，现有的技术中并没有提供一种同时实现在刀盘上施加持续压力和冲击压力的关于隧道掘进速度的实验装置。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中存在的不足，提供了一种多功能隧道掘进实验装置，该实验装置可以同时实现在同一个实验装置实施在刀盘上施加持续压力和冲击压力的关于隧道掘进速度的各种工况的实验。

为了实现以上目的，本发明的技术方案如下：一种多功能隧道掘进实验装置，所述实验装置包括有基础、导向筒体、刀头、上架体、压力筒体、驱动装置、气动冲击器、充气口、控制装置、压力传感器、固定架体；在所述实验装置的底部设置有由钢梁和混凝土浇筑而成的基础，在所述基础上固定设置有所述导向筒体，将带测试的岩石样本放置在所述基础上、在所述导向筒体内，在所述导向筒体的上方设置有所述上架体，所述上架体可沿所述导向筒体上下滑动，在所述上架体的外圆处设置有所述导向凸起，在所述导向筒体的内壁上设置有所述导向凹槽，所述上架体上的所述导向凸起和所述导向筒体上的所述导向凹槽相互配合对在所述上架体的上下运动进行导向，在所述上架体的中心处设置有通孔，在所述通孔中穿设有驱动轴，所述驱动轴的下端设置有刀头；

其特征在于，所述驱动轴的上端设置有所述驱动装置，所述驱动电装置包括变频电机和减速装置，所述驱动轴与所述减速装置可驱动的连接，所述驱动装置与所述控制装置通过导线进行连接；在所述驱动装置的外部设置有所述固定架体，所述固定架体固定设置在所述上架体的上方，在所述导向筒体的上方固定有所述压力筒体；在所述压力筒体的侧部设置有所述充气口，为所述压力筒体充入控制气体，控制所述压力筒体内的压力；在所述压力筒体的内侧设置有所述压力传感器，用于检测所述压力筒体内的压力；

在所述固定架体的顶部安装设置有所述气动冲击器，以对所述上架体和所述刀头施加冲击；所述气动冲击器能够每分钟提供2-20次冲击，并由所述空气压缩机供给气源；所述气动冲击器与所述控制装置通过导线进行连接，通过所述控制装置向所述气动冲击器发送电子信号时，从而引起振动冲击，并且能够调整冲击的力度；同时通过所述控制单元中的双重定时器能够调整冲击的次数和时间。

作为一种多功能隧道掘进实验装置的优选方案，在所述通孔内上下两端分别设置一个轴承，所述驱动轴与所述上架体通过所述轴承实现可转动的连接。

作为一种多功能隧道掘进实验装置的优选方案，将所述压力筒体焊接在所述导向筒体上端部。

与现有技术相比，本发明的优点至少在于：本发明提供的多功能隧道掘进实验装置，可以实现各种工况的隧道掘进速度的模拟实验。通过调整压力筒体内的压力，可以调整在上架体以及刀头作用在测试岩石上的持续压力，从而实现刀头在不同的持续压力下掘进速度的测试；通过调整气动冲击器的冲击力度、冲击时间、冲击次数，可以调整在上架体以及刀头作用在测试岩石上的冲击作用力，实现刀头在各同工况下的脉冲压力下的掘进速度的测试；通过压力筒体内的压力以及气动冲击器的冲击力度、冲击时间、冲击次数等的同时协同调节，可以实现在不同的持续压力和不同的脉冲压力共同作用下，刀头掘进速度的测试。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意。

其中附图中标记具体表示为：基础1、导向筒体2、刀头3、上架体4、压力筒体5、驱动装置6、气动冲击器7、充气口8、控制装置9、压力传感器10、固定架体11。

具体实施方式

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。

如附图1所示，本发明提供了一种多功能隧道掘进实验装置，在实验装置的底部设置有由钢梁和混凝土浇筑而成的基础1，在基础1上固定设置有导向筒体2，将带测试的岩石样本放置在基础1上、在导向筒体2内，在导向筒体2的上方设置有上架体4，上架体可沿导向筒体2上下滑动，具体的，可在上架体4的外圆处设置有导向凸起，在导向筒体2的内壁上设置有导向凹槽，上架体4上的导向凸起和导向筒体2上的导向凹槽相互配合对在上架体4的上下运动进行导向。

在上架体4的中心处设置有通孔，在通孔中穿设有驱动轴，具体的在通孔内上下两端分别设置一个轴承，将驱动轴与上架体4可转动的连接；驱动轴的下端设置有刀头3，驱动轴的上端设置有驱动装置6，驱动电装置6具体地由变频电机和减速装置组成，驱动轴与减速装置可驱动的连接，驱动装置6与控制装置9通过导线进行连接；在驱动装置6的外部设置有固定架体11，固定架体11固定设置在上架体4的上方，在导向筒体2的上方固定有压力筒体5，具体的将压力筒体5焊接在导向筒体2上端部；在压力筒体5的侧部设置有充气口8，为压力筒体5充入气体，控制压力筒体5内的压力；在压力筒体5的内侧设置有压力传感器10，用于检测压力筒体内的实时压力。

在固定架体11的顶部安装设置有气动冲击器7，以对上架体4和刀头3施加冲击。该气动冲击器7能够每分钟提供2-20次冲击，并由空气压缩机供给气源。气动冲击器7与控制装置9通过导线进行连接，通过控制装置9向气动冲击器7发送电子信号时，从而引起振动冲击，并且可以调整冲击的力度；同时可以通过控制单元中的双重定时器调整冲击的次数和时间。

通过本发明提供的多功能隧道掘进实验装置，可以实现各种工况的模拟实验。通过调整压力筒体5内的压力，可以调整在上架体4以及刀头3作用在测试岩石上的持续压力，从而实现刀头在不同的持续压力下掘进速度的测试；通过调整气动冲击器7的冲击力度、冲击时间、冲击次数，可以调整在上架体4以及刀头3作用在测试岩石上的冲击作用力，实现刀头在各同工况下的脉冲压力下的掘进速度的测试；通过压力筒体5内的压力以及气动冲击器7的冲击力度、冲击时间、冲击次数等的同时协同调节，可以实现在不同的持续压力和不同的脉冲压力共同作用下，刀头掘进速度的测试。

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。