用于盾尾刷的油脂计量装置及其油脂计量方法与流程

本发明涉及盾构施工技术领域，具体涉及一种用于盾尾刷的油脂计量装置及其油脂计量方法。

背景技术：

盾尾机用于城市地下轨道交通施工建设，盾尾刷是盾构机井下施工的安全屏障，不同地质及埋深对盾尾刷的形式和尺寸有差异化要求。不同的盾尾刷，在不同的土压下，每环消耗的油脂量都不同。在保证施工安全的基础上，计量盾构法施工的盾尾油脂用量，既可以节约施工企业的工程成本，同时也能践行绿色施工减少施工对环境的破坏。

传统油脂量计算存在以下缺点：

按照理论公式计算，其核心通过假设盾尾油脂在管片外部形成一定厚度的油膜，乘以推进距离和使用系数后得到理论用量，是一种经验算法。

传统的油脂量计算，其未考虑盾尾刷前后压差以及盾构机推进速度对油脂消耗量的影响，仅从推进距离上得出用量，存在理论缺陷。

技术实现要素：

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种用于盾尾刷的油脂计量装置及其油脂计量方法，以解决盾尾刷采用传统的油脂量计算方法得出的理论用量与实际消耗量差距大的问题。

为实现上述目的，提供一种用于盾尾刷的油脂计量装置，包括：

测试箱，包括箱体，所述箱体具有一上开口端和一下开口端，所述上开口端内可升降地安装于用于封闭所述上开口端的上封板，所述箱体的下部开设有插口，所述插口中可沿所述箱体的长度方向移动地插设有用于封闭所述下开口端的下封板，所述上封板的底部同向安装有三待测盾尾刷，三所述待测盾尾刷沿所述箱体的长度方向间隔设置，每一所述待测盾尾刷沿所述箱体的宽度方向设置，所述待测盾尾刷的宽度方向上的两侧贴合于所述箱体的内侧壁，所述待测盾尾刷的后保护板弹性压抵于所述下封板，相邻的二所述待测盾尾刷的后保护板之间形成密封的油脂腔，第一个所述待测盾尾刷的后保护板与所述箱体的内侧壁之间形成密封的泥水腔；

注水装置，连接于所述泥水腔；以及

注油装置，连接于所述油脂腔。

进一步的，所述注油装置包括：

筒体，所述筒体开设有出油口，所述出油口连接于所述油脂腔；

活塞件，可沿所述筒体的轴向移动地安装于所述筒体内，所述活塞件与所述筒体之间形成连通于所述出油口的密封的容置空间，所述容置空间内容置有油脂；以及

用于驱动所述活塞件的注推油缸，连接于所述活塞件。

进一步的，所述活塞件上安装有位移传感器。

进一步的，所述筒体开设有连通于所述容置空间的输入孔，所述输入孔管路连接有储油罐，所述管路上安装有输油泵。

进一步的，所述筒体和所述注推油缸分别固定安装于集成台上。

进一步的，所述集成台上安装有平移油缸，所述平移油缸沿所述箱体的长度方向设置，所述平移油缸的伸缩端连接于所述下封板。

进一步的，所述箱体的相对两侧的外侧壁竖向安装有顶升油缸，二所述顶升油缸的伸缩端伸至所述箱体的上方且连接有支承横梁，所述支承横梁连接有吊杆，所述吊杆伸至所述上开口端中且连接于所述上封板的顶部。

进一步的，所述测试箱还包括密封组件，所述箱体与所述上封板、所述下封板及所述待测盾尾刷之间分别安装有所述密封组件。

本发明提供一种用于盾尾刷的油脂计量装置的油脂计量方法，包括以下步骤：

升降上封板，使得所述上封板与下封板之间的距离等于盾构机的盾尾与管片之间的实际距离；

注油装置向二油脂腔中注满油脂；

注水装置向泥水腔中注满水，使得泥水腔中的初压力值以一预设差值低于所述油脂腔中的初压力值；

朝向待测盾尾刷的前方移动下封板，使得所述下封板以盾构机掘进时的推进速度向所述待测盾尾刷的前方平移，并同时继续注水和注油脂，使得所述泥水腔中的压力适配于所述盾构机掘进时的盾尾承受的泥水压力、且所述泥水腔中的压力始终以所述预设差值低于所述油脂腔中的压力；

在所述下封板平移后，监测所述油脂腔中的压力值，在所述油脂腔中的压力值降低后，所述注油装置向所述油脂腔中注入补充油脂以维持所述油脂腔中的压力值；

在所述下封板平移一预设时间后，获得所述补充油脂的补充总量，则在所述泥水压力、所述推进速度以及所述预设时间下，所述待测盾尾刷的油脂消耗量为所述补充总量。

本发明的有益效果在于，本发明的用于盾尾刷的油脂计量装置的测试箱以上封板模拟盾尾，下封板模拟管片，通过升降上封板以调节上封板和下封板之间的间隙，进而模拟盾尾与管片之间的间隙的大小，通过沿箱体的长度方向移动下封板以模拟盾构掘进时盾尾与管片之间的相对移动，在箱体内通过安装三把待测盾尾刷构成密封的泥水腔和油脂腔，经由注水孔和注油孔分别向泥水腔、油脂腔中注水、注入油脂，静态模拟盾尾刷的承载力和密封能力、在下封板平移以动态模拟盾构机推进状态下测定盾尾刷的油脂用量更加的精确和可靠。进一步的，经由注水孔向泥水腔中注水以水作为介质模拟盾构机掘进中的压力泥水，其检测的待测盾尾刷的密封性比压力泥水更加严格，更能准确检验盾尾刷的性能。本发明的用于盾尾刷的油脂计量装置能快速高效的检测单把盾尾刷的性能和油脂用量，为盾构机的盾尾刷选型提供理论依据，避免凭经验选型给工程施工带来高风险。本发明的用于盾尾刷的油脂计量装置可用于测试单把盾尾刷，测试经济高效，测试成本低。

附图说明

图1为本发明实施例的用于盾尾刷的油脂计量装置的结构示意图。

图2为本发明实施例的箱体的内部结构示意图。

图3为本发明实施例的泥水腔的剖视图。

图4为本发明实施例的第三密封件与下封板的连接节点示意图。

图5为本发明实施例的泥水腔的主视图。

图6为本发明实施例的盾尾刷的结构示意图。

图7为本发明实施例的第二密封件安装于盾尾刷的状态示意图。

图8为本发明实施例的第二密封件的剖视图。

图9为本发明实施例的上封板的底部的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

图1为本发明实施例的用于盾尾刷的油脂计量装置的结构示意图(未显示注水装置)、图2为本发明实施例的箱体的内部结构示意图(为了清楚的显示箱体的内部构造，特隐藏了箱体的一侧的侧板)、图3为本发明实施例的泥水腔的剖视图(为了清楚的显示第三密封件的位置，将箱体的一侧的侧部作透明化处理)、图4为本发明实施例的第三密封件与下封板的连接节点示意图、图5为本发明实施例的泥水腔的主视图、图6为本发明实施例的盾尾刷的结构示意图、图7为本发明实施例的第二密封件安装于盾尾刷的状态示意图、图8为本发明实施例的第二密封件的剖视图、图9为本发明实施例的上封板的底部的结构示意图。

参照图1至图9所示，本发明提供了一种用于盾尾刷的油脂计量装置，包括：测试箱、注水装置和注油装置62。

具体的，测试箱包括：箱体11、上封板12和下封板13。

箱体11具有一上开口端和一下开口端。箱体11的下部开设有插口。

在本实施例中，箱体11为一无底无盖的箱体。箱体包括四块侧板，四块侧板首尾连接形成箱体。箱体11通过钢结构架体架设于集成台6上。钢结构架体包括支座和承载梁。集成台上安装有四个支座，四个支座设置于箱体的四个拐角部的正下方。每两个支座上支撑连接有一承载梁，承载梁沿箱体的长度方向设置。箱体的相对较长的一侧板安装于一承载梁上。箱体的相对较短的一侧板的下部开设有所述插口。箱体11的内部宽度适配于单把待测盾尾刷的宽度。

下封板13可沿箱体11的长度方向移动地插设于插口中。下封板用于封闭箱体的下开口端。

上封板12可升降地安装于箱体的上开口端内，上封板用于封闭上开口端。

待测盾尾刷的数量为三把，三把待测盾尾刷同向设置以模拟盾构机的盾尾的三道盾尾刷。

在本实施例中，待测盾尾刷包括底板21、前保护板22、后保护板23和刷丝24。前保护板与后保护板夹持于刷丝且连接于底板。三把待测盾尾刷的底板21通过螺栓禁锢件安装于上封板12的底部，使得底板紧密贴合于上封板的底部。三把待测盾尾刷沿箱体11的长度方向间隔设置。每一把待测盾尾刷沿箱体11的宽度方向设置。待测盾尾刷的宽度方向上的两侧贴合于箱体11的内侧壁。待测盾尾刷的后保护板23的底部弹性压抵于下封板13上。

如此，如图2所示，三把待测盾尾刷将箱体的内部空腔分隔成至少三个空腔。具体的，以待测盾尾刷的前保护板和后保护板为基准作为前后方向，即待测盾尾刷的前保护板的一侧为前方，待测盾尾刷的后保护板的一侧为后方。第一把待测盾尾刷的后保护板23与箱体11的内侧壁之间形成密封的泥水腔a。相邻的两把待测盾尾刷的后保护板23之间形成密封的两个油脂腔，即靠近泥水腔a的前油脂腔b和远离泥水腔a的后油脂腔c。箱体11的相对较长的侧板上开设有连通于油脂腔的注油孔和连通于泥水腔a的注水孔。在本实施例中，箱体11的相对较长的侧板上分别开设有前油脂腔b和后油脂腔c的注油孔。

在本实施例中，注油孔连接有注油装置62。注水孔连接有注水装置。

本发明的用于盾尾刷的油脂计量装置的测试箱以上封板模拟盾尾，下封板模拟管片，通过升降上封板以调节上封板和下封板之间的间隙，进而模拟盾尾与管片之间的间隙的大小，通过沿箱体的长度方向移动下封板以模拟盾构掘进时盾尾与管片之间的相对移动，在箱体内通过安装三把待测盾尾刷构成密封的泥水腔和油脂腔，经由注水孔和注油孔分别向泥水腔、油脂腔中注水、注入油脂，静态模拟盾尾刷的承载力和密封能力、在下封板平移以动态模拟盾构机推进状态下测定盾尾刷的油脂用量更加的精确和可靠。进一步的，经由注水孔向泥水腔中注水以水作为介质模拟盾构机掘进中的压力泥水，其检测的待测盾尾刷的密封性比压力泥水更加严格，更能准确检验盾尾刷的性能。本发明的用于盾尾刷的油脂计量装置能快速高效的检测单把盾尾刷的性能和油脂用量，为盾构机的盾尾刷选型提供理论依据，避免凭经验选型给工程施工带来高风险。本发明的用于盾尾刷的油脂计量装置可用于测试单把盾尾刷，测试经济高效，测试成本低。

注油装置62包括筒体621、活塞件、注推油缸622、储油罐623以及输油泵。

筒体621开设有出油口，出油口通过注油管路连接于油脂腔。在本实施例中，筒体的数量为两套，二油脂腔分别一一对应的连接一筒体。活塞件可沿筒体的轴向移动地安装于筒体内，活塞件与筒体之间形成连通于出油口的密封的容置空间，容置空间内容置有油脂。注推油缸622连接于活塞件。注推油缸622用于驱动活塞件，以将容置空间内的油脂经由注油管路注入油脂腔内。

筒体开设有连通于容置空间的输入孔，输入孔通过输油管路连接于储油罐，输油管路上安装有输油泵。输油管路的第一端连接于储油罐，输油管路的第二端连接于筒体的输入孔。

作为一种较佳的实施方式，活塞件上安装有位移传感器。位移传感器用于采集活塞件在筒体内沿筒体轴向方向的位移以用于计算补充油脂的补充总量。

注水装置包括储水罐、输水管路、空压机和输水泵。输水泵安装于输水管路上。空压机连接于储水罐，输水管路的第一端连接于空压机，输水管路的第二端连接于注水孔。空压机的压力气体实现水压的微调。

注水装置和注油装置62集成安装于集成台6上。筒体和注推油缸分别固定安装于集成台上。

进一步的，泥水腔、油脂腔中的分别安装有压力传感器，压力传感器用于实时采集泥水腔和油脂腔中的压力值。

作为一种较佳的实施方式，箱体11的相对两侧的外侧壁竖向安装有顶升油缸4。二顶升油缸4的伸缩端伸至箱体11的上方且连接有支承横梁41，支承横梁41连接有吊杆42，吊杆42伸至上开口端中且连接于上封板12的顶部。

具体的，箱体的相对较短的侧板的外部连接有平台板。顶升油缸竖向设置于平台板上，且顶升油缸的固定端焊接连接于平台板上。

箱体11的外部固定安装有二定位板111。二定位板111相对设置。定位板111开设有穿孔，下封板13可活动地穿设于穿孔中。定位板连接于箱体的相对较短的侧板的外部。定位板的穿孔对准于箱体的插口。

作为一种较佳的实施方式，集成台6上安装有平移油缸5，平移油缸5沿箱体11的长度方向设置，平移油缸5的伸缩端连接于下封板13。进一步的，平移油缸设置于二承载梁之间，且平移油缸的固定端固定连接于承载梁。下封板的底部固定连接有耳板，平移油缸的伸缩端连接于耳板。

作为一种较佳的实施方式，本发明的盾尾刷性能测试装置还包括密封组件3。具体的，箱体11与上封板12、下封板13及待测盾尾刷之间分别安装有密封组件3。

具体的，密封组件3包括：第一密封件31、第二密封件32、第三密封件33和第四密封件34。

第一密封件31设置于上封板12和箱体11之间。第一密封件31安装于上封板12且沿上封板12的外缘设置一圈。

第二密封件32设置于待测盾尾刷的后保护板23和箱体11之间。第二密封件32安装于后保护板23的侧部，第二密封件32沿后保护板23的长度方向设置。第二密封件32的上端安装于底板上，并且向上延伸连接于第一密封件31。

第三密封件33设置于下封板13的两侧和箱体11之间。第三密封件33安装于箱体11的内侧壁。第三密封件33的下侧压抵于下封板13。第三密封件33的上侧压抵于第二密封件32的下端。

对于油脂腔(前油脂腔b和后油脂腔c)而言，第一密封件、第二密封件以及第三密封件构成待测盾尾刷的宽度方向上的相对两侧的侧向密封闭环。

第四密封件34用于封堵插口和下封板13之间。第四密封件34安装于箱体11的内侧壁。对于泥水腔a而言，第四密封件、第一密封件、第二密封件(以待测盾尾刷的前后方向为基准的第一把待测盾尾刷的侧部的第二密封件)以及第三密封件构成泥水腔的侧向密封闭环。

密封组件具有封堵待测盾尾刷的宽度方向上的相对两侧渗漏的作用，进而提高待测盾尾刷性能测试结果的精确性。

作为一种较佳的实施方式，参阅图9所示，上封板12的侧面开设有第一容置槽。第一容置槽沿上封板12的周向方向设置一圈。第一密封件31的第一侧嵌设于第一容置槽中，第一密封件31的第二侧压抵于箱体11的内侧壁。

在本实施例中，第一密封件31为橡胶密封条。

在实施例中，参阅图6至图8所示，后保护板23的宽度大于待测盾尾刷的前保护板22的宽度。底板21上开设有对准后保护板23的侧部的第三容置槽210，第三容置槽210沿着后保护板23的板面方向的走向方向设置并连通于第一容置槽。

参阅图8所示，第二密封件32的圆周面上开设有第二容置槽320，第二容置槽320沿第二密封件32的长度方向(即轴向方向)设置。后保护板23的侧部嵌设于第二密封件32的下端的第二容置槽320中。第二密封件32的上端嵌设于底板的侧部的第三容置槽210中，第二密封件32压抵于箱体11的内侧壁。第二密封件的上端连接于第一密封件。

在本实施例中，第二密封件32为圆条形橡胶条。

作为一种较佳的实施方式，参阅图3和图4所示，箱体11的内侧壁形成有第四容置槽，第三密封件33的第一侧嵌设于第四容置槽中，第三密封件33的第二侧的下部压抵于下封板13，第三密封件33的第二侧的上部压抵于第二密封件32的下端。

在本实施例中，第三密封件33为盘根密封条。

作为一种较佳的实施方式，第四密封件34为橡胶垫，橡胶垫的下端压抵于下封板13的上表面。

本发明提供一种用于盾尾刷的油脂计量装置的盾尾刷性能的测试方法，包括以下步骤：

s1：升降上封板，使得上封板与下封板之间的距离等于盾构机的盾尾与管片之间的实际距离。

在正式测试待测盾尾刷之前，通过升降上封板，使得上封板与下封板之间的距离等于盾构机的盾尾与管片之间的实际距离，以模拟盾构机的盾尾与管片之间的实际距离。

s2：经由注油孔向与泥水腔a相邻的一油脂腔(前油脂腔b)中注入油脂直至所述油脂向前击穿第一个待测盾尾刷并渗入所述泥水腔a。

在上封板与下封板之间的距离调整符合所述实际距离后，利用注油装置经由注油孔向前油脂腔b中注入油脂，直至油脂向前击穿第一个待测盾尾刷并渗入泥水腔a中。

s3：在油脂向前击穿第一个待测盾尾刷时，检测油脂腔(前油脂腔b)中的油脂压力以获得待测盾尾刷的油脂初压力。

利用前油脂腔b中的压力传感器检测油脂向前击穿第一个待测盾尾刷时，前油脂腔b中的油脂压力，所述油脂压力即为待测盾尾刷的油脂初压力。

s4：在检测获得油脂初压力后，经由注水孔向泥水腔a中注水，使得泥水腔a中的泥水压力达到泥水初压力，泥水初压力小于油脂初压力。

在获得待测盾尾刷的油脂初压力后，则可以正式测试待测盾尾刷的最大承载力。

较佳的，首先，回复本发明的盾尾刷性能测试装置的初始状态。

在回复初始状态后，向前油脂腔b中注入油脂，使得前油脂腔b的油脂压力达到油脂初压力。

在前油脂腔b的油脂压力达到油脂初压力后，经由注水孔向泥水腔a中注水，使得泥水腔a中的泥水压力达到泥水初压力。泥水初压力小于油脂初压力。

在本实施例中，泥水初压力以一预设差值底于油脂初压力。

进一步的，泥水初压力＝油脂初压力-0.5bar。

在泥水腔的压力值达到泥水初压力后，关闭注水装置以维持泥水腔的压力值一预设时间。在本实施例中，维持泥水腔的压力值10分钟。

若10分钟后的泥水腔压力值下降在0-0.1bar范围之间，则可以进入下一步骤。

若10分钟后的泥水腔压力值下降超出0-0.1bar范围的，则重新检测并维护本发明的盾尾刷性能测试装置的箱体及密封组件的密封性。在检测并维护密封性后，再次注水检测，直至泥水腔压力值在10分钟内的下降值在0-0.1bar之间为止后进入下一步骤。

s5：在泥水压力达到泥水初压力后，同时继续注水和注油脂且始终保持泥水压力以一预设差值低于油脂压力，直至水或油脂向后击穿第二个待测盾尾刷并渗入另一油脂腔(后油脂腔c)中。

在泥水腔的密封性检测后，同时继续向泥水腔中注水和向前油脂腔b中注油脂，且始终保持泥水压力以一预设差值低于油脂压力，直至水或油脂向后击穿第二个待测盾尾刷并渗入另一油脂腔(即后油脂腔c)中。

s6：在水或油脂向后击穿第二个待测盾尾刷时，检测油脂压力以获得待测盾尾刷的最大承载力。

记录前油脂腔b在水或油脂向后击穿第二个待测盾尾刷时的内部压力值，所述压力值则为待测盾尾刷的最大承载力。

本发明提供一种用于盾尾刷的油脂计量装置的油脂计量方法，包括以下步骤。

步骤s10：升降上封板，使得上封板与下封板之间的距离等于盾构机的盾尾与管片之间的实际距离。

步骤s20：注油装置向二油脂腔中注满油脂。

步骤s30：注水装置向泥水腔中注满水，使得泥水腔中的初压力值以一预设差值低于油脂腔中的初压力值，旨在避免泥水腔中的水向后击穿待测盾尾刷。

步骤s40：朝向待测盾尾刷的前方移动下封板，使得下封板以盾构机掘进时的推进速度向所述待测盾尾刷的前方平移，并同时继续注水和注油脂，使得所述泥水腔中的压力适配于所述盾构机掘进时的盾尾承受的泥水压力、且所述泥水腔中的压力始终以预设差值低于油脂腔中的压力。

平移油缸朝向待测盾尾刷的前方以一预设速度平移下封板，使得下封板模拟以盾构机掘进时的推进速度向待测盾尾刷的前方平移，并同时继续注水和注油脂，使得泥水腔中的压力适配于盾构机掘进时的盾尾承受的泥水压力、且泥水腔中的压力始终以预设差值低于所述油脂腔中的压力。预设差值为0.5bar。

步骤s50：在下封板平移后，监测油脂腔中的压力值，在油脂腔中的压力值降低后，注油装置向油脂腔中补充注入油脂，使得维持油脂腔中的压力值以预设差值高于泥水腔中的压力值。

步骤s60：在下封板平移一预设时间后，获得补充注入的油脂的补充总量，则在所述泥水压力、所述推进速度以及所述预设时间下，待测盾尾刷的油脂消耗量为补充总量。

在本实施例中，应用压力传感器、位移传感器或压力表，监测获得压力值和位移值，其具体步骤在此不再赘述。

其中，待测盾尾刷的油脂补充总量＝活塞件在补充注入油脂过程中的累积位移×筒体的内横截面的面积。

按此待测盾尾刷的油脂消耗量乘以盾构机上的盾尾刷的总数便能计算出单环管节的理论油脂消耗量。

本发明的用于盾尾刷的油脂计量装置还包括控制器，控制器分别连接于泥水腔中的压力传感器、油脂腔中的压力传感器、位移传感器、平移油缸、顶升油缸、注推油缸、输油泵和输水泵等，以基于上述的盾尾刷性能的测试方法和油脂计量方法，协同控制本发明的用于盾尾刷的油脂计量装置进行相应的性能测定和油脂记录。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。