一种用于盾构滚刀堵塞测试的试验装置

本发明涉及盾构滚刀，尤其涉及一种用于盾构滚刀堵塞测试的试验装置。

背景技术：

1、盾构工法目前是我国城市轨道交通隧道和越江海隧道建设所使用的主要工法。随着盾构隧道建设数量的增加，盾构隧道逐渐向着大直径、长距离、大埋深的方向发展。这样的发展趋势导致盾构隧道施工过程中遭遇软硬交互复合地层的情况愈发常见。

2、软硬交互复合地层盾构施工时，盾构滚刀常因黏土堵塞导致其启动扭矩急剧增加，最终导致盾构滚刀的停转，使盾构滚刀的磨损形式由均匀磨损变化为弦磨，严重影响构滚刀的使用寿命，极大地增加了盾构隧道建设过程的施工成本和风险。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供了一种用于盾构滚刀堵塞测试的试验装置，以实现有效地对盾构滚刀进行堵塞测试试验。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

3、一种用于盾构滚刀堵塞测试的试验装置，包括：

4、试验用盾构滚刀、滚刀刀筒、滚刀动力系统、黏土填充仓、黏土循环挤压动力系统、滚刀冲刷系统、数据监测系统、可编程逻辑控制器plc控制数据收集及智能控制系统和试验装置底座；

5、所述试验用盾构滚刀安装于所述滚刀刀筒的内部，所述黏土填充仓通过螺栓与所述滚刀刀筒连接，所述滚刀动力系统用于所述驱动试验用盾构滚刀进行自转；

6、在试验过程中，黏土由黏土填充仓上的黏土投放槽中投放入黏土填充仓，在黏土循环挤压动力系统的挤压下经过盾构滚刀与滚刀刀筒之间的缝隙挤入滚刀刀筒中，随黏土量增加，逐渐实现试验用盾构滚刀的渐进式堵塞，滚刀冲刷系统用于试验过程中滚刀的冲刷，数据监测系统用于监测试验过程中滚刀扭矩、转速和黏土挤压力，plc控制数据收集及智能控制系统用于设备参数控制和数据收集。

7、优选地，所述试验装置底座放置于地面，滚刀刀筒、黏土填充仓、黏土循环挤压动力系统均固定于试验装置底座上，试验用盾构滚刀置放于滚刀刀筒底座上，试验用盾构滚刀置放完成后安装滚刀刀筒顶盖，随后安装滚刀刀筒后盖，黏土填充仓的底座和顶盖用螺栓连接，连接完成后通过螺栓将黏土填充仓与滚刀刀筒固定；黏土循环挤压动力的置放于试验装置底座上；

8、所述液压油缸置放于液压油缸支架上，液压油缸的中轴与黏土填充仓中黏土放置仓的后部相连接；滚刀动力系统置放于地面，与试验用滚刀相连接；滚刀冲刷系统的冲刷管道与滚刀刀筒后盖连接；plc控制数据收集及智能控制系统主体结构放置于地面，与数据监测系统相连接，数据监测系统的各部件放置于试验用滚刀和滚刀刀筒内，实时监测数据变化情况。

9、优选地，所述试验用盾构滚刀为分体式滚刀，试验用盾构滚刀的运动方式为中心轴驱动。

10、优选地，所述滚刀动力系统包括减速电机和滚刀传动轴，所述减速电机通过传动轴驱动滚刀自转。

11、优选地，所述滚刀刀筒包括通过螺栓连接的刀筒顶盖、刀筒底座和刀筒后盖，所述刀筒顶盖包括滚刀仓和黏土仓，滚刀仓位于滚刀刀筒的前部，用于置放试验用盾构滚刀，黏土仓位于滚刀刀筒的后部，其顶部开贯穿孔，该贯穿孔作为温度传感器置放孔，用于置放温度传感器；

12、刀筒顶盖的周边开螺栓孔，该螺栓孔用于安装固定螺栓；刀筒底座包括滚刀仓和黏土仓，刀筒底座的滚刀仓的底部开贯穿孔，该贯穿孔作为传动轴置放孔，试验用盾构滚刀的传动轴从该贯穿孔中穿出，与滚刀驱动系统连接；刀筒底座的周边开螺栓孔，螺栓孔与刀筒顶盖的螺栓孔对齐，用于固定螺栓的安装；刀筒后盖的中心开孔，用于冲刷管的安装，周边开螺栓孔，用于其与刀筒顶盖和刀筒底座的连接。

13、优选地，所述黏土填充仓包括黏土填充仓顶盖和黏土填充仓底座，所述黏土填充仓顶盖包括互相连接的挤压仓和黏土仓，所述挤压仓的内部掏空为半圆柱，挤压仓的顶部开孔，该孔作为黏土投放槽；

14、所述黏土仓的顶盖四周设置螺栓孔，用于固定螺栓的安装；所述黏土填充仓的顶盖与底座安装完毕后，将黏土循环挤压动力系统的挤压轴置于挤压仓内，反复挤压黏土投放槽中投放的黏土材料，逐渐填充黏土仓，黏土材料逐渐进入滚刀刀筒内部，实现盾构滚刀的渐进性堵塞。

15、优选地，所述黏土循环挤压动力系统包括液压油缸和液压油缸支架，所述滚刀冲刷系统包括冲刷泵和导液管组成，导液管的一端连接冲刷泵，另一端连接滚刀刀筒后盖。

16、优选地，所述数据监测系统包括转速传感器、扭矩传感器、温度传感器、压力传感器和流量传感器，其中转速传感器、扭矩传感器和温度传感器分别监测试验用盾构滚刀的转速、扭矩和温度，压力传感器用于监测试验过程中黏土循环挤压动力系统的压力值，流量传感器用于监测试验过程中滚刀冲刷系统的流量。

17、优选地，所述plc控制数据收集及智能控制系统用于收集并初步处理试验过程中所产生的转速、扭矩、温度、压力和流量数据，并实现对滚刀动力系统和黏土循环挤压动力系统的实时控制。

18、优选地，所述试验装置底座用于置放试验用盾构滚刀、滚刀刀筒、滚刀动力系统、黏土填充仓和黏土循环挤压动力系统，其中滚刀刀筒置放处中心开贯穿孔，试验用盾构滚刀的传动轴从孔中穿出，贯穿孔周围焊接金属圆柱，该金属圆柱用于与滚刀刀筒的连接固定。

19、由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明可复现盾构滚刀黏土堵塞现象，分析盾构滚刀在不同刀具转速、黏土含量、黏土加载情况、冲刷方式等条件下盾构滚刀的堵塞情况和扭矩变化规律，为盾构滚刀的改良和研发提供理论支撑，为预测盾构滚刀堵塞情况，减少和控制盾构滚刀堵塞，提高盾构滚刀的使用寿命提供科学依据。

20、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种用于盾构滚刀堵塞测试的试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验装置底座放置于地面，滚刀刀筒、黏土填充仓、黏土循环挤压动力系统均固定于试验装置底座上，试验用盾构滚刀置放于滚刀刀筒底座上，试验用盾构滚刀置放完成后安装滚刀刀筒顶盖，随后安装滚刀刀筒后盖，黏土填充仓的底座和顶盖用螺栓连接，连接完成后通过螺栓将黏土填充仓与滚刀刀筒固定；黏土循环挤压动力的置放于试验装置底座上；

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验用盾构滚刀为分体式滚刀，试验用盾构滚刀的运动方式为中心轴驱动。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述滚刀动力系统包括减速电机和滚刀传动轴，所述减速电机通过传动轴驱动滚刀自转。

5.根据权利要求3或者4所述的装置，其特征在于，所述滚刀刀筒包括通过螺栓连接的刀筒顶盖、刀筒底座和刀筒后盖，所述刀筒顶盖包括滚刀仓和黏土仓，滚刀仓位于滚刀刀筒的前部，用于置放试验用盾构滚刀，黏土仓位于滚刀刀筒的后部，其顶部开贯穿孔，该贯穿孔作为温度传感器置放孔，用于置放温度传感器；

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述黏土填充仓包括黏土填充仓顶盖和黏土填充仓底座，所述黏土填充仓顶盖包括互相连接的挤压仓和黏土仓，所述挤压仓的内部掏空为半圆柱，挤压仓的顶部开孔，该孔作为黏土投放槽；

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述黏土循环挤压动力系统包括液压油缸和液压油缸支架，所述滚刀冲刷系统包括冲刷泵和导液管组成，导液管的一端连接冲刷泵，另一端连接滚刀刀筒后盖。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述数据监测系统包括转速传感器、扭矩传感器、温度传感器、压力传感器和流量传感器，其中转速传感器、扭矩传感器和温度传感器分别监测试验用盾构滚刀的转速、扭矩和温度，压力传感器用于监测试验过程中黏土循环挤压动力系统的压力值，流量传感器用于监测试验过程中滚刀冲刷系统的流量。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述plc控制数据收集及智能控制系统用于收集并初步处理试验过程中所产生的转速、扭矩、温度、压力和流量数据，并实现对滚刀动力系统和黏土循环挤压动力系统的实时控制。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述试验装置底座用于置放试验用盾构滚刀、滚刀刀筒、滚刀动力系统、黏土填充仓和黏土循环挤压动力系统，其中滚刀刀筒置放处中心开贯穿孔，试验用盾构滚刀的传动轴从孔中穿出，贯穿孔周围焊接金属圆柱，该金属圆柱用于与滚刀刀筒的连接固定。

技术总结
本发明提供了一种用于盾构滚刀堵塞测试的试验装置。该装置包括：试验用盾构滚刀、滚刀刀筒、滚刀动力系统、黏土填充仓、黏土循环挤压动力系统、滚刀冲刷系统、数据监测系统、PLC控制数据收集及智能控制系统和试验装置底座；试验用盾构滚刀安装于滚刀刀筒的内部，黏土填充仓与滚刀刀筒采用多个螺栓连接，滚刀动力系统用于驱动试验用盾构滚刀进行自转。本发明能够复现滚刀黏土堵塞现象，分析盾构滚刀在不同刀具转速、黏土含量、黏土加载情况、冲刷方式等条件下盾构滚刀的堵塞情况和扭矩变化规律，为盾构滚刀的改良和研发提供理论支撑，为预测盾构滚刀堵塞情况，减少和控制盾构滚刀堵塞，提高盾构滚刀的使用寿命提供科学依据。

技术研发人员：袁大军,段怿欣,金大龙,毛家骅,牟政,李福林,王晖
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7