[實(shí)用新型]模型試驗(yàn)中地下工程掘進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201120286780.2
• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN202176334U
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李利平;宋曙光;許振浩;李術(shù)才;周毅;馮現(xiàn)大
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及模型試驗(yàn)中地下工程掘進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置，屬于試驗(yàn)?zāi)Ｐ皖I(lǐng)域。

背景技術(shù)

地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)是真實(shí)物理實(shí)體的再現(xiàn)，能夠真實(shí)地反映地質(zhì)構(gòu)造和工程結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系，能夠準(zhǔn)確模擬巖土施工過程和把握巖土介質(zhì)的力學(xué)變形特性。我國學(xué)者開展了大量的模型試驗(yàn)用以研究地下工程，其中開挖掘進(jìn)通常采用人工手動(dòng)方式，這就不可避免的存在超欠挖的情況。?

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，可用于模型試驗(yàn)中地下工程掘進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置，為實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)控制提供條件。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：

模型試驗(yàn)中地下工程掘進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置，它包括豎向平臺，豎向平臺和水平平臺通過楔形滑動(dòng)槽相互契合；所述豎向平臺通過步進(jìn)電機(jī)Ⅰ驅(qū)動(dòng)，水平平臺通過步進(jìn)電機(jī)Ⅱ驅(qū)動(dòng)；所述水平平臺還通過楔形滑動(dòng)槽與試驗(yàn)平臺連接。

所述試驗(yàn)平臺上設(shè)有水平水準(zhǔn)泡、光發(fā)射定位裝置和數(shù)字相機(jī)。

所述數(shù)字相機(jī)連接在安裝有圖像處理的計(jì)算機(jī)上。

所述步進(jìn)電機(jī)Ⅰ和步進(jìn)電機(jī)Ⅱ由單片機(jī)控制。

模型試驗(yàn)中地下工程掘進(jìn)控制方法，包括以下步驟：

模型試驗(yàn)開挖掘進(jìn)前，選取模型架上的若干點(diǎn)為固定點(diǎn)；

數(shù)字相機(jī)采集圖像，通過圖像處理顯示為計(jì)算機(jī)圖片，計(jì)算機(jī)自動(dòng)拾取圖片中的固定點(diǎn)圖像，配合預(yù)定開挖掘進(jìn)斷面輪廓圖作為原始圖像；

開挖掘進(jìn)每進(jìn)行一循環(huán)進(jìn)尺，數(shù)字相機(jī)采集掘進(jìn)斷面輪廓圖像在計(jì)算機(jī)上以圖片形式顯示；

計(jì)算機(jī)自動(dòng)將采集的圖像與原始圖像作對比，實(shí)時(shí)顯示實(shí)際開挖掘進(jìn)斷面輪廓與預(yù)定開挖掘進(jìn)斷面輪廓之間的誤差值；

計(jì)算機(jī)將誤差值反饋給控制步進(jìn)電機(jī)Ⅰ和步進(jìn)電機(jī)Ⅱ的單片機(jī)，下一開挖掘進(jìn)循環(huán)中單片機(jī)根據(jù)誤差值進(jìn)行微調(diào)，控制步進(jìn)電機(jī)Ⅰ和步進(jìn)電機(jī)Ⅱ進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；

循環(huán)進(jìn)行步驟~，直至開挖掘進(jìn)過程結(jié)束。

原理：通過單片機(jī)輸入指令，控制步進(jìn)電機(jī)Ⅰ驅(qū)動(dòng)豎向平臺在豎向的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制步進(jìn)電機(jī)Ⅱ驅(qū)動(dòng)水平平臺在水平方向的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。豎向平臺和水平平臺通過楔形滑動(dòng)槽相互契合，在兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，豎向平臺和水平平臺組成的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在豎直方向和水平方向組成的平面內(nèi)做步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，可以按照單片機(jī)輸入的指令的要求使系統(tǒng)按模型試驗(yàn)中地下工程掘進(jìn)斷面輪廓線完成步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。通過數(shù)字相機(jī)采集開挖掘進(jìn)圖像、圖像處理軟件處理采集的圖像并顯示實(shí)際開挖掘進(jìn)斷面輪廓與預(yù)定開挖掘進(jìn)斷面輪廓之間的誤差值，?反饋給單片機(jī)微調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)裝置的精確掘進(jìn)定位。

本實(shí)用新型研究了模型試驗(yàn)中地下工程掘進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置以及控制方法，解決了模型試驗(yàn)中地下工程掘進(jìn)控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)問題，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.?通過單片機(jī)操作的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，可以精確控制豎向平臺和水平平臺的位置，豎向平臺和水平平臺通過楔形滑動(dòng)槽相互契合，兩者組成的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在豎直方向和水平方向組成的平面內(nèi)做步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，可以按照單片機(jī)輸入的指令的要求使系統(tǒng)沿模型試驗(yàn)中地下工程掘進(jìn)斷面輪廓線實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)裝置的精確定位；2.通過連接光發(fā)射定位裝置，發(fā)射并接收反射回的可見光，光發(fā)射定位裝置內(nèi)置的數(shù)字信號處理器可以計(jì)算出距離掘進(jìn)面的距離，從而實(shí)現(xiàn)模型試驗(yàn)中地下工程的掘進(jìn)控制；3.?通過在單片機(jī)輸入指令，可以控制裝置按模型試驗(yàn)中地下工程掘進(jìn)斷面輪廓線完成步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；4.?通過數(shù)字相機(jī)采集開挖掘進(jìn)圖像、圖像處理軟件處理采集的圖像并顯示實(shí)際開挖掘進(jìn)斷面輪廓與預(yù)定開挖掘進(jìn)斷面輪廓之間的誤差值，?反饋給單片機(jī)微調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)裝置的精確掘進(jìn)定位。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

其中1.?豎向平臺；2.水平平臺；3.試驗(yàn)平臺；4.步進(jìn)電機(jī)Ⅰ；5.步進(jìn)電機(jī)Ⅱ；6.?調(diào)平水準(zhǔn)泡；7.光發(fā)射定位裝置；8.數(shù)字相機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1中，模型試驗(yàn)中地下工程掘進(jìn)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置，包括豎向平臺1，豎向平臺1上設(shè)有楔形滑動(dòng)槽、具有與豎向平臺1上楔形滑動(dòng)槽相吻合的滑動(dòng)槽的水平平臺2、用于驅(qū)動(dòng)豎向平臺1的步進(jìn)電機(jī)Ⅰ4和驅(qū)動(dòng)水平平臺2的步進(jìn)電機(jī)Ⅱ5；步進(jìn)電機(jī)Ⅰ4和步進(jìn)電機(jī)5均通過相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)豎向平臺和水平平臺運(yùn)動(dòng)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為一帶有螺母的絲杠；試驗(yàn)平臺3通過楔形滑動(dòng)槽與水平平臺2相連，試驗(yàn)平臺3上可安裝光發(fā)射裝置；位于試驗(yàn)平臺3上的調(diào)平水準(zhǔn)泡6、光發(fā)射定位裝置7和數(shù)字相機(jī)8。其中步進(jìn)電機(jī)Ⅰ4和步進(jìn)電機(jī)Ⅱ5可用單片機(jī)控制。

豎向平臺1上安裝有水平水準(zhǔn)泡6，確保裝置可以精確調(diào)平。