[發(fā)明專利]TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置及其試驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010113527.0
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111337278B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉辛軍;徐尤南;徐濟(jì)宇;余昌鑫;高文海;張靜;章登超
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);華東交通大學(xué)
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京華專卓海知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11664
• 代理人: 張繼鑫

本發(fā)明提供了一種TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置及其試驗方法，其特征在于，包括：加載器，其設(shè)置在模擬TBM掘進(jìn)機(jī)的軸向前端，向模擬TBM掘進(jìn)機(jī)施加荷載，具有，底座、設(shè)置在底座后側(cè)的多個加載缸以及設(shè)置在多個加載缸末端，支承多個加載缸的載荷傳遞器；至少兩組的模擬圍巖，其具有座板和設(shè)于座板中心的圓筒形的模擬圍巖面，與加載器同軸設(shè)置，軸心設(shè)有用于設(shè)置模擬TBM掘進(jìn)機(jī)的開孔；多組內(nèi)力平衡器，其穿過設(shè)置于底座和座板的多個對應(yīng)位置處的工藝孔，沿軸線方向連結(jié)并緊固加載器與模擬圍巖。根據(jù)本發(fā)明的TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置，其通用性好可適用于各種TBM掘進(jìn)機(jī)的模擬試驗，并能夠進(jìn)行模擬各種工況而進(jìn)行試驗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置及其試驗方法。

背景技術(shù)

目前，TBM掘進(jìn)機(jī)作為隧道挖掘、礦山鉆井的工具被廣泛使用。但由于其體型龐大，制造成本高昂，難以在研發(fā)以及針對不同地質(zhì)條件進(jìn)行選擇時，對其進(jìn)行實際性能的測試，因此普遍使用TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置。TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置主要包括模擬加載系統(tǒng)、模擬TBM掘進(jìn)機(jī)、模擬圍巖、模擬驅(qū)動系統(tǒng)、模擬控制系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)6個子系統(tǒng)，用于模擬TBM掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)運(yùn)動，測試其推進(jìn)作業(yè)與切削性能。

現(xiàn)有的TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置，多針對于某種特定類型的TBM掘進(jìn)機(jī)而設(shè)計，在對不同類型的TBM掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行對比模擬試驗時，必須更換不同的TBM掘進(jìn)機(jī)的試驗裝置，即TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置不具有通用性，例如現(xiàn)有的主梁式TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置，僅可用于主梁式TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗。

現(xiàn)有的TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置有的功能單一。例如，現(xiàn)有的用于軟土切削的模擬盾構(gòu)試驗臺，不包括用于測試硬巖切削的相關(guān)裝備，不能用于模擬硬巖切削的TBM掘進(jìn)機(jī)。現(xiàn)有的TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置用于測試刀盤與刀具切削的力學(xué)性能，但其不包括模擬推進(jìn)器及掘進(jìn)運(yùn)動所需的模擬控制系統(tǒng)，故無法模擬推進(jìn)-支撐-換步作業(yè)運(yùn)動，也無法做與推進(jìn)性能相關(guān)的試驗研究工作。

而且，現(xiàn)有的TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置，有的只能采用主動方式加載，有的只能采用被動方式加載，導(dǎo)致其只具備掘進(jìn)動力傳遞或掘進(jìn)阻力傳遞性能測試兩種試驗功能中的一種。在測試試驗時掘進(jìn)機(jī)需靜止不動，不可同時做模擬掘進(jìn)運(yùn)動。有的加載器不具備維載荷的加載能力，不能完全按所需要求施加規(guī)定的維數(shù)的推進(jìn)力、調(diào)向力和調(diào)向力矩。有的加載器不具備變剛度能力，難于模擬掘進(jìn)面軟硬程度不均勻的工況條件，在掘進(jìn)面施加所需的非均布的掘進(jìn)載荷。因此，現(xiàn)有的試驗裝置均不能完全真實模擬TBM掘進(jìn)機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時全面的掘進(jìn)載荷的狀態(tài)。

綜上所述，現(xiàn)有的TBM掘進(jìn)裝置試驗臺及其試驗方法存在以下問題：1)試驗裝備不具備自由組合功能，不能適應(yīng)不同構(gòu)型的TBM掘進(jìn)機(jī)的測試試驗的目的；2)模擬的掘進(jìn)載荷真實性不足，難于準(zhǔn)確模擬掘進(jìn)面載荷分布不均的工況條件；3)有的只能采用主動方式加載，有的只能采用被動方式加載，導(dǎo)致其掘進(jìn)動力傳遞或掘進(jìn)阻力傳遞性能測試試驗時，只具備兩個試驗功能中的一個，無法滿足需要在同一試驗臺完成兩個測試試驗的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種TBM掘進(jìn)機(jī)模擬試驗裝置，其特征在于，包括：加載器，其設(shè)置在模擬TBM掘進(jìn)機(jī)的軸向前端，向模擬TBM掘進(jìn)機(jī)施加荷載，具有，底座、設(shè)置在底座后側(cè)的多個加載缸以及設(shè)置在所述多個加載缸末端，支承所述多個加載缸的載荷傳遞器；至少兩組的模擬圍巖，其具有座板和設(shè)于所述座板中心的圓筒形的模擬圍巖面，與所述加載器同軸設(shè)置，軸心設(shè)有用于設(shè)置模擬TBM掘進(jìn)機(jī)的開孔；多組內(nèi)力平衡器，其穿過設(shè)置于所述底座和所述座板的多個對應(yīng)位置處的工藝孔，沿軸線方向連結(jié)并緊固所述加載器與所述模擬圍巖。利用該模擬試驗裝置，能夠在實驗室內(nèi)對TBM掘進(jìn)機(jī)實際運(yùn)行掘進(jìn)時可能產(chǎn)生的問題進(jìn)行模擬試驗，例如對巖層結(jié)構(gòu)變化、轉(zhuǎn)向控制、掘進(jìn)速度等各種工況的進(jìn)行模擬，從而可在試驗條件下解決預(yù)計到實際工作時可能面臨的問題和風(fēng)險，并對實際掘進(jìn)作業(yè)提供數(shù)據(jù)支持，具有重大的實用意義。