[發(fā)明專利]一種多功能微型隧道掘進(jìn)模型試驗(yàn)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710030452.8
• 申請(qǐng)日: 2017-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN106908260B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張子新;李佳宇;王帥峰;黃昕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M99/00
• 分類號(hào): G01M99/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發(fā)明涉及一種多功能微型隧道掘進(jìn)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)平臺(tái)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、微型隧道掘進(jìn)機(jī)和動(dòng)力控制系統(tǒng)。試驗(yàn)平臺(tái)上端固定有微型隧道掘進(jìn)機(jī)行進(jìn)導(dǎo)軌、控制系統(tǒng)工作箱、推進(jìn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；泥漿循環(huán)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)泵送泥漿或潤滑劑、排出廢漿和檢測泥漿壓力等功能；微型隧道掘進(jìn)機(jī)由連接部分、管片部分和機(jī)頭部分組成，可通過增設(shè)管片部分調(diào)節(jié)掘進(jìn)長度，機(jī)頭部分前端設(shè)有刀盤用以開挖巖土體，機(jī)頭部分后端半徑略小于前端、用以模擬地層損失；動(dòng)力控制系統(tǒng)用以控制微型隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)方向和速率、刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速率。本發(fā)明各部分功能相對(duì)獨(dú)立，可擴(kuò)展性強(qiáng)，通過增減相關(guān)部件即可模擬不同隧道掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)，滿足隧道開挖模擬的科研需要。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種隧道掘進(jìn)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，特別涉及一種多功能微型隧道掘進(jìn)模型試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，隧道掘進(jìn)機(jī)已經(jīng)在各類隧道開挖中廣泛使用。近年來，城市地鐵隧道、市政給排水隧道、山嶺鐵（公）路隧道的建設(shè)對(duì)隧道掘進(jìn)機(jī)的需求越來越大，隨之而來是更多的問題有待解決。特別是面對(duì)一些難度較大的工程，理論分析和數(shù)值分析都無法考慮實(shí)際的復(fù)雜情況，此時(shí)必須借助室內(nèi)試驗(yàn)的手段，對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行模擬。目前，比較常用的隧道掘進(jìn)試驗(yàn)主要分為兩種形式：利用對(duì)稱性原理的半圓形隧道模型以及圓形隧道模型。半圓形隧道模型不具備開挖刀具，一般采用擋板的前進(jìn)或后退來模擬隧道開挖對(duì)開挖面的作用；圓形隧道模型大多也不具備開挖刀具，通常采用氣囊或擋板模擬開挖。上述開挖方式的問題在于只能模擬開挖面壓力的變化，不能模擬掘進(jìn)機(jī)開挖的全過程以及刀盤旋轉(zhuǎn)對(duì)開挖面的作用。少部分圓形隧道模型設(shè)計(jì)有刀盤，可進(jìn)行機(jī)械開挖，但刀盤制作通常較為簡化且不可替換，掘進(jìn)機(jī)模型所能實(shí)現(xiàn)的功能比較單一，可擴(kuò)展性低。為了提高試驗(yàn)效率及控制時(shí)間、經(jīng)濟(jì)成本，急需一種既能夠模擬真實(shí)隧道開挖，又能夠?qū)崿F(xiàn)功能多樣化的多功能微型隧道掘進(jìn)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，以滿足日益復(fù)雜的隧道掘進(jìn)模擬科研需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是改善現(xiàn)有隧道掘進(jìn)模型試驗(yàn)機(jī)的不足，提供一種可模擬實(shí)際隧道掘進(jìn)機(jī)開挖且功能可擴(kuò)展的多功能微型隧道掘進(jìn)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，使其能夠滿足隧道掘進(jìn)模擬的科研需求，且降低試驗(yàn)的時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種多功能微型隧道掘進(jìn)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、微型隧道掘進(jìn)機(jī)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)和動(dòng)力控制系統(tǒng)；其中：

所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由鋁合金方管型材梁柱裝配而成，鋁合金方管型材梁柱通過螺栓和連接件組成框架結(jié)構(gòu)；所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下部四角帶有調(diào)平螺栓和錨固定件；所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上表面固定有預(yù)打孔的平臺(tái)鋼板；所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)側(cè)面固定有動(dòng)力控制系統(tǒng)上的工作箱；所述平臺(tái)鋼板上固定有動(dòng)力控制系統(tǒng)上的推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)和附屬拍照設(shè)備；

所述動(dòng)力控制系統(tǒng)包括推進(jìn)動(dòng)力控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力控制系統(tǒng)和控制箱，所述推進(jìn)動(dòng)力控制系統(tǒng)用以調(diào)節(jié)所述的微型隧道掘進(jìn)機(jī)的前進(jìn)速率和方向；所述轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力控制系統(tǒng)用以調(diào)節(jié)所述的刀盤的旋轉(zhuǎn)速率和方向；所述控制箱通過調(diào)節(jié)所述的微型隧道掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)狀態(tài)以滿足不同開挖需求。所述推進(jìn)動(dòng)力控制系統(tǒng)包括導(dǎo)軌、螺紋傳動(dòng)鋼軸、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、馬達(dá)齒輪、傳動(dòng)皮帶、鋼軸齒輪、支座板、箍爪、螺紋箍以及軸力應(yīng)變片，馬達(dá)齒輪固定于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上，鋼軸齒輪固定于螺紋傳動(dòng)鋼軸一端，馬達(dá)齒輪與鋼軸齒輪通過第一傳動(dòng)皮帶連接，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)通過第一傳動(dòng)皮帶帶動(dòng)螺紋傳動(dòng)鋼軸轉(zhuǎn)動(dòng)；螺紋箍抱箍在螺紋傳動(dòng)鋼軸上，螺紋傳動(dòng)鋼軸通過螺紋驅(qū)動(dòng)螺紋箍作前后運(yùn)動(dòng)；螺紋箍及箍爪均固定于支座板上，當(dāng)螺紋箍運(yùn)動(dòng)時(shí)，可帶動(dòng)支座板作前后運(yùn)動(dòng)，箍爪抱箍在導(dǎo)軌上，為支座板運(yùn)動(dòng)提供導(dǎo)向；螺紋傳動(dòng)鋼軸與鋼軸齒輪固定處預(yù)埋有軸力應(yīng)變片，所述軸力應(yīng)變片連接應(yīng)變采集器，用以測量推進(jìn)過程中螺紋傳動(dòng)鋼軸的軸力；所述轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、馬達(dá)齒輪、第二傳動(dòng)皮帶、刀盤齒輪、刀盤傳動(dòng)軸、固定螺栓以及刀盤；第二驅(qū)動(dòng)馬達(dá)通過固定螺栓固定于閉口封板或開口封板上，第二馬達(dá)齒輪固定在第二驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上，刀盤齒輪固定在傳動(dòng)軸一端上，第二驅(qū)動(dòng)馬達(dá)通過皮帶連接傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸另一端上固定有刀盤，第二驅(qū)動(dòng)馬達(dá)通過皮帶帶動(dòng)傳動(dòng)軸，進(jìn)而帶動(dòng)固定在傳動(dòng)軸上的刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)切削土體；