一種tbm實驗臺刀盤約束系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種約束裝置，尤其是涉及一種TBM實驗臺刀盤約束系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]全斷面隧道掘進機(Tunnel Boring Machine)，簡稱TBM，國內(nèi)多特指其能夠在硬巖地質(zhì)條件下完成隧道開挖、出碴、初期支護、通風(fēng)除塵、敷設(shè)隧道軌線以及風(fēng)水電延伸于一體的大型隧道工程機械，用以區(qū)分土壓平衡盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)。TBM施工法具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全等優(yōu)點，普遍應(yīng)用于國內(nèi)外的硬巖地質(zhì)隧道施工現(xiàn)場。
[0003]TBM自身結(jié)構(gòu)龐大，系統(tǒng)復(fù)雜，同時由于各地地質(zhì)條件千差萬別，對TBM設(shè)計提出了不同的刀具、驅(qū)動功率、施工參數(shù)等要求，導(dǎo)致目前國內(nèi)外的TBM制造需要預(yù)先花費大量人力物力開展施工路線具體地質(zhì)環(huán)境的前瞻性探測，而TBM的參數(shù)設(shè)定目前也僅能依靠施工經(jīng)驗估量，因而建立TBM關(guān)鍵參數(shù)和不地質(zhì)環(huán)境的匹配關(guān)系對于TBM施工的發(fā)展和新型TBM結(jié)構(gòu)研宄有著重要的意義。然而隧道施工環(huán)境制約了施工數(shù)據(jù)采集的準確度，現(xiàn)有的理論計算無法兼顧復(fù)雜的施工環(huán)境，因此開展物理模擬試驗是TBM設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)進步的主要可行方案。
[0004]開展TBM物理模擬實驗的難點在于模擬實際TBM掘進時刀盤與圍巖的相互作用，傳統(tǒng)的實驗臺僅著重于推力負載和扭矩負載的模擬，僅能模擬TBM在沿直線掘進的工況，然而實際施工時為了避開不利的地質(zhì)環(huán)境，TBM規(guī)劃路線往往包含多段曲線，更重要的是在部分工程規(guī)劃時要求兩臺TBM分別在規(guī)劃路線的起點和終點相對掘進，因而提高TBM調(diào)向精度顯得極其重要。要研宄TBM調(diào)向，僅靠傳統(tǒng)的推力負載和扭矩負載無法模擬TBM調(diào)向時圍巖對刀盤轉(zhuǎn)向方向上的扭矩負載，由此并經(jīng)過文獻檢索而發(fā)現(xiàn)，目前現(xiàn)有技術(shù)還缺少一種能實現(xiàn)TBM實驗臺刀盤約束的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種TBM實驗臺刀盤約束系統(tǒng)，為刀盤施加調(diào)向時的調(diào)向扭矩負載，為TBM高精度姿態(tài)控制實驗的開展提供支撐。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明包括前支護套、上約束油缸組、下約束油缸組、左約束油缸組、右約束油缸組，樣機刀盤的四周通過分別位于上下左右的上約束油缸組、下約束油缸組、左約束油缸組和右約束油缸組支撐；上約束油缸組、左約束油缸組和右約束油缸組均包括沿樣機刀盤軸向間隔布置的兩個約束油缸和一塊支撐板，約束油缸的一端鉸接在前支護套上，另一端均與支撐板鉸接，支撐板安裝在前支護套內(nèi)壁的開槽上沿樣機刀盤徑向移動，三個約束油缸組的支撐板分別支撐在樣機刀盤頂面和左右側(cè)面；下約束油缸組包括一塊支撐板和平行對稱布置在樣機刀盤底部兩側(cè)的兩排下約束油缸，每排下約束油缸包括沿樣機刀盤軸向間隔布置的兩個下約束油缸，下約束油缸的一端鉸接在前支護套上，另一端均與下支撐板鉸接，下支撐板安裝在前支護套內(nèi)壁的開槽上沿樣機刀盤徑向移動，下支撐板支撐在樣機刀盤底面。
[0008]所述的上約束油缸組包括兩個沿樣機刀盤軸向間隔布置的上約束油缸和上支撐板，兩個約束油缸的一端鉸接在前支護套上，另一端均鉸接在上支撐板，上支撐板安裝在前支護套內(nèi)壁的開槽上沿樣機刀盤徑向移動，上支撐板支撐在樣機刀盤頂面；所述的左約束油缸組包括兩個沿樣機刀盤軸向間隔布置的左約束油缸和左支撐板，兩個約束油缸的一端鉸接在前支護套上，另一端均鉸接在左支撐板，左支撐板安裝在前支護套內(nèi)壁的開槽上沿樣機刀盤徑向移動，左支撐板支撐在樣機刀盤左側(cè)面；所述的右約束油缸組包括兩個沿樣機刀盤軸向間隔布置的右約束油缸和右支撐板，兩個約束油缸的一端鉸接在前支護套上，另一端均鉸接在右支撐板，右支撐板安裝在前支護套內(nèi)壁的開槽上沿樣機刀盤徑向移動，右支撐板支撐在樣機刀盤右側(cè)面。
[0009]所述的上約束油缸組、左約束油缸組和右約束油缸組的每個約束油缸組均經(jīng)相同的側(cè)部油路組件分別連接油箱和定壓油源。
[0010]所述的側(cè)部油路組件包括側(cè)部電磁換向閥和三通比例減壓閥，每個約束油缸的大腔口與側(cè)部電磁換向閥的A 口連接，每個約束油缸的小腔口與側(cè)部電磁換向閥的B 口連接，與上約束油缸組、左約束油缸組和右約束油缸組連接的每個側(cè)部電磁換向閥的P 口經(jīng)三通比例減壓閥連接定壓油源，三通比例減壓閥的T 口連接油箱，與上約束油缸組、左約束油缸組和右約束油缸組連接的每個側(cè)部電磁換向閥的T 口連接油箱。
[0011]所述的下約束油缸組經(jīng)底部油路組件分別連接油箱和定壓油源。
[0012]所述的底部油路組件包括單向閥、電磁比例溢流閥和底部電磁換向閥，每個下約束油缸的大腔入口經(jīng)各自的單向閥連接到同一底部電磁換向閥的A 口，每個下約束油缸的小腔入口均連接到同一底部電磁換向閥的B 口，每個下約束油缸的大腔入口均經(jīng)各自的電磁比例溢流閥連接油箱，底部電磁換向閥的P 口連接定壓油源，底部電磁換向閥的T 口連接油箱。
[0013]所述的約束油缸組中的各個油缸均裝有壓力表和位移傳感器。
[0014]所述的定壓油源包括油泵、過濾器、電機、泄荷閥塊和單向閥，油泵經(jīng)聯(lián)軸器與電機連接，油泵出口經(jīng)過濾器輸出作為輸出油口，輸出油口經(jīng)泄荷閥塊后與油泵入口一起連接油箱，油泵出口與輸出油口之間連接有單向閥。
[0015]整個裝置由前后支護套、TBM樣機、約束油缸組組成，約束油缸組安裝在前支護套上，包含的油缸穿過前支護套，通過與TBM樣機刀盤接觸的支撐板對樣機刀盤實現(xiàn)約束，約束油缸組內(nèi)各個油缸輸出力分別由比例壓力閥控制，TBM樣機調(diào)姿時，對應(yīng)方向上的一對約束油缸組工作在設(shè)定壓力，一對支撐板各自在一點對刀盤施加徑向作用力，兩個作用點沿刀盤軸向的距離作為力臂，約束油缸組實現(xiàn)了對刀盤的調(diào)姿扭矩加載。
[0016]本發(fā)明安裝在前支護套外壁并穿過前支護套上下左右四個方向的約束加載油缸組實現(xiàn)對TBM樣機刀盤的支撐和約束，TBM樣機撐靴油缸高壓撐緊在后護套內(nèi)壁上，與約束加載油缸組共同實現(xiàn)對樣機的支撐。
[0017]其中下方約束油缸組包含四個壓力單獨由比例溢流閥控制的油缸，其他三個方向油缸組包含兩個壓力單獨由比例減壓閥控制的油缸，實現(xiàn)對各個油缸輸出力的分別比例控制；當(dāng)TBM樣機調(diào)姿時，以刀盤與對應(yīng)的支撐板接觸點之間軸向的距離作為力臂，則油缸輸出的可控力對刀盤提供調(diào)姿方向上的可控扭矩約束，模擬TBM掘進時調(diào)向的負載特性，進而為研宄TBM高精度調(diào)向提供實驗條件。
[0018]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0019]本發(fā)明通過四個方向上的約束油缸組實現(xiàn)了對TBM樣機刀盤的支撐約束，限制約束油缸組僅能徑向移動，保證了刀盤調(diào)姿時對應(yīng)油缸工作在調(diào)定壓力，避免了軸向和周向的油缸側(cè)向力，同時利用刀盤自身長度作為力臂，為刀盤提供了調(diào)姿方向上的扭矩負載。
[0020]底部油缸組采用溢流閥被動加載，加載同時支撐樣機自重，四個油缸對稱分布，避免樣機刀盤左右調(diào)姿后的傾覆危險。
[0021]油缸工作壓力比例可調(diào)，可模擬不同地質(zhì)條件下TBM調(diào)向時的負載條件。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)左視圖。
[0024]圖3是本發(fā)明的液壓系統(tǒng)原理圖。
[0025]圖中:1、前支護套，2、上約束油缸組，3、后支護套，4、TBM樣機，41、樣機刀盤，42、樣機撐靴，5、下約束油缸組，6、左約束油缸組，7、右約束油缸組，21、上支撐板，51、下支撐板，61、左支撐板，71、右支撐板，22、上約束油缸，52、下約束油缸，62、左約束油缸，72、右約束油缸，8、單向閥，9、電磁比例溢流閥，10、底部電磁換向閥，11、定壓油源，12、三通比例減壓閥，13、側(cè)部電磁換向閥，14、壓力表，15、位移傳感器。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明包括樣機撐靴42和后支護套3，TBM樣機4通過樣機撐靴42撐在后支護套3內(nèi)壁，還包括前支護套1、上約束油缸組2、下約束油缸組5、左約束油缸組
6、右約束油缸組7，如圖2所示，樣機刀盤41的四周通過分別位于上下左右的上約束油缸組
2、下約束油缸組5、左約束油缸組6和右約束油缸組7支撐在前支護套I內(nèi)。
[0028]如圖2所示，上約束油缸組2、左約束油缸組6和右約束油缸組7均包括沿樣機刀盤41軸向間隔布置的兩個約束油缸和一塊支撐板，約束油缸的一端鉸接在前支護套I上，另一端均與支撐板鉸接，支撐板安裝在前支護套I內(nèi)壁的開槽上沿樣機刀盤41徑向移動，三個約束油缸組的支撐板分別支撐在樣機刀盤41頂面和左右側(cè)面；下約束油缸組5包括一塊支撐板和平行對稱布置在樣機刀盤41底部兩側(cè)的兩排下約束油缸，每排下約束油缸包括沿樣機刀盤41軸向間隔布置的兩個下約束油缸52，下約束油缸52的一端鉸接在前支護套I上，另一端均與下支撐板51鉸接，下支撐板51安裝在前支護套I內(nèi)壁的開槽上沿樣機刀盤41徑向移動，下支撐板51支撐在樣機刀盤41底面。
[0029]四塊支撐板在上下左右四個方向?qū)BM樣機刀盤41實現(xiàn)約束，位于前后左右四個方向上的支撐板均被前支護套I徑向約束，使得支撐板沿TBM樣機刀盤41的徑向伸縮。
[0030]上約束油缸組2包括兩個沿樣機刀盤41軸向間隔布置的上約束油缸22和上支撐板21，兩個約束油缸的一端鉸接在前支護套I上，另一端均鉸接在上支撐板21，上支撐板21安裝在前支護套I內(nèi)壁的開槽上沿樣機刀盤41徑向移動，上支撐板21支撐在樣機刀盤41頂面；
[0031]左約束油缸組6包括兩個沿樣機刀盤41軸向間隔布置的左約束油缸62和左支撐板61，兩個約束油缸的一端鉸接在前支護套I上，另一端均鉸接在左支撐板61，左支撐板61安裝在前支護套I內(nèi)壁的開槽上沿樣機刀盤41徑向移動，左支撐板61支撐在樣機刀盤41左側(cè)面；
[0032]右約束油缸組7包括兩個沿樣機刀盤41軸向間隔布置的右約束油缸72和右支撐板71，兩個約束油缸的一端鉸接在前支護套I上，另一端均鉸接在右支撐板71，右支撐板71安裝在前支護套I內(nèi)壁的開槽上沿