[發明專利]一種用于模型試驗的精確自動開挖裝置

無效

• 申請號: 201110205389.X
• 申請日: 2011-07-21
• 公開（公告）號: CN102359136A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 李術才;周毅;李利平;石少帥;宋曙光;胡聰
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E02F5/16
• 分類號: E02F5/16
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種模型試驗裝置，尤其是一種地下工程模型試驗精確控制掘 進深度和洞型的用于模型試驗的精確自動開挖裝置。

背景技術

隨著我國社會經濟的發展和交通事業的騰飛，地下空間的開發利用越來越 體現出巨大經濟效益和社會效益。隨著地下工程建設數量的不斷增加，規模不 斷增大，范圍不斷拓展，工程建設的難度也不斷增加。對地下工程建設、運營 規律的研究已經成為熱點，科學工作者也正通過各種研究手段對地下工程設計、 施工和運營規律進行探索，其中，通過地下工程模型試驗對地下工程進行仿真 模擬，是一種行之有效的方法。

模型試驗是根據相似理論，將實際工程轉換為室內模型進行試驗模擬的。 這對模型試驗的精度要求較高，因為模型試驗中較小的誤差就會造成與實際工 程很大的偏差。但現在的地下工程模型試驗中存在明顯的弱點，模型試驗中地 下洞室的開挖仍然采用手動開挖的方式，每一循環的掘進深度難以精確控制， 存在明顯的超欠挖現象，實際開挖洞型和洞室走向與設計存在較大偏差，與實 際工程的開挖工藝差距較大；同時，手動開挖難以模擬實際工程機械自動開挖 的過程，并且手動開挖過程中對模型體產生很多認為擾動，對試驗數據的監測 影響較大。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有模型試驗開挖技術的不足，提供一種用于 模型試驗的精確自動開挖裝置，它結構簡單，使用方便，可用于地下工程模型 試驗中精確控制掘進深度和洞型，有利于提高模型試驗與實際工程的相似性， 同時實現模型試驗開挖過程的自動化，模擬實際工程中機械自動開挖的過程， 減少手動開挖對模型體人為擾動的影響，使模型試驗的監測數據更加準確，試 驗中反應的規律與實際工程更加接近。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種用于模型試驗的精確自動開挖裝置，它包括正面和周邊同時切削低強 度相似材料的刀具，刀具通過傳動桿與動力系統連接；在刀具的后方、傳動桿 的前部還設有洞型控制裝置，洞型控制裝置上設有弧形的帶有齒邊的刀具運動 軌道，傳動桿設置在刀具運動軌道內，并通過齒輪與刀具運動軌道的內齒邊嚙 合，齒輪還與傳動桿外套的套管連接，套管上設有刻度，套管后部安裝入進尺 定位環；同時套管末端還安裝控制刀具轉速的刀具轉動控制手柄。

所述刀具為十字形，正面和周邊都開刃。

所述的刀具與洞型控制裝置之間根據每一循環掘進深度的不同設置相應的 間距。

所述洞型控制裝置的形狀與地下洞室的形狀相同，包括依次相互固連的洞 形控制盤鋼板I、洞形控制盤鋼板III和洞形控制盤鋼板II，其中洞形控制盤鋼板 III被固定夾持在中間；在三者上均開設刀具運動軌道，在洞形控制盤鋼板III內 壁設有內齒邊，使齒輪帶動刀具只能沿環向運動。

所述刀具運動軌道的位置與刀具的尺寸保證刀具沿軌道轉動一周后，刀具 開挖面積覆蓋整個開挖范圍，且不出現超欠挖。

所述的傳動桿和套管都采用拼接的多段式結構，根據開挖位置的變化，隨 時接長或減短。

所述動力系統為小型風動機。

本發明中的風動機為現有成熟技術，在此不再贅述。

本發明按照實際工程的開挖斷面形狀，按照相似理論，確定洞型控制盤的 形狀和尺寸，通過計算確定在洞型控制盤上的合適位置設置刀具運行軌道和刀 具尺寸，保證刀具沿軌道運行一周后，刀具能覆蓋開挖斷面的全部面積，且不 會出現超挖。套筒上刻有尺度，結合進尺定位環來精確控制每一循環的掘進深 度。通過小型風動機為刀具提供轉動的動力，實現開挖過程的自動化。

本發明開發了一種地下工程模型試驗中精確自動開挖地下洞室的工具，解 決了模型試驗中地下洞室在開挖過程中洞型和掘進深度難以精確控制的問題， 同時實現了模型試驗中地下洞室開挖過程的自動化。將精確自動開挖裝置應用 于模型試驗中，與前人研究相比，實現了模型試驗地下洞室開挖過程的自動化， 減少了模型試驗傳統的手動開挖對模型體的人為擾動，得到的試驗成果與實際 工程更加接近。

本發明解決了模型試驗中地下洞室在開挖過程中洞型和掘進深度難以精確 控制的問題，實現自動化開挖，具有以下優點：

1、能夠精確控制地下工程模型試驗的開挖洞型，開挖過程中的洞型由洞型 控制盤精確控制，保證開挖過程的洞室輪廓與設計形狀相同；