[发明专利]一种用于模型试验竖井开挖的精准数控自动开挖装置

权利要求书

1.一种用于地下工程模型试验竖井开挖的精准数控自动开挖装置，其特征在于，其主要包括旋转切削系统、渣土吸送系统、导向推进系统及人机交互控制系统；所述的渣土吸送系统与所述的旋转切削系统嵌套成一个整体，同时实现模型试验材料的切削和竖井开挖过程中的渣土清除，在所述导向推进系统的驱动下能上下移动；所述的人机交互控制系统控制所述的旋转切削系统、渣土吸送系统和导向推进系统按照所设定的开挖速度、开挖进尺及各开挖步间隔时间自动完成开挖过程，并将开挖进程实时显示在人机交互控制界面；

所述渣土吸送系统主要由集尘罩、传动轴外套管、刚性吸渣管、柔性吸渣管、后面板、真空吸尘器组成；所述集尘罩底部开有多个孔，分别与传动轴外套管和刚性吸渣管连通；其中传动轴外套管套装在中心传动轴上，所述刚性吸渣管安装在传动轴外套管的四周，多根刚性吸渣管相互平行；所述的传动轴外套管、刚性吸渣管通过集尘罩及后面板约束成为整体；所述多根刚性吸渣管末端由柔性吸渣管与真空吸尘器连通。

2.如权利要求1所述的一种用于地下工程模型试验竖井开挖的精准数控自动开挖装置，其特征在于，所述旋转切削系统主要由切削刀头、中心传动轴和切削伺服电机组成；所述的切削刀头位于最前端，通过中心传动轴与后方切削伺服电机转子连接，由伺服电机驱动切削刀头高速旋转从而切削模型材料体。

3.如权利要求2所述的一种用于地下工程模型试验竖井开挖的精准数控自动开挖装置，其特征在于，所述切削刀头由高强度淬火钢加工成型，其前部为锥形定位钻头，用于减小切削过程中刀头偏摆；后部为十字形刀具，用于切削模型材料体。

4.如权利要求1所述的一种用于地下工程模型试验竖井开挖的精准数控自动开挖装置，其特征在于，所述集尘罩外径略小于开挖竖井直径，内部空间为喇叭形。

5.如权利要求1所述的一种用于地下工程模型试验竖井开挖的精准数控自动开挖装置，其特征在于，所述传动轴外套管内安装有轴承，旋转切削系统的中心传动轴穿过并嵌套在其中，且切削刀头紧邻集尘罩前部，切削伺服电机则固定在渣土吸送系统的后面板上。

6.如权利要求1所述的一种用于地下工程模型试验竖井开挖的精准数控自动开挖装置，其特征在于，所述导向推进系统主要由直线导轨、滚珠丝杠副、滑动平台、推进伺服电机、定位导向板和尾部面板组成；所述直线导轨中间安装有滚珠丝杠副，且滑动平台固定在所述的滚珠丝杠副上沿着所述的直线导轨上下移动，滚珠丝杠副和直线导轨的前端固定于定位导向板上，直线导轨的末端固定在所述的尾部面板上，所述的滚珠丝杠副则由固定在尾部面板上的推进伺服电机驱动其旋转。

7.如权利要求6所述的一种用于地下工程模型试验竖井开挖的精准数控自动开挖装置，其特征在于，所述的直线导轨为相互平行的两条；所述滚珠丝杠副由丝杠轴及丝杠螺母组成，其中，丝杠轴安装于两条直线导轨中间，并与直线导轨平行，丝杠轴前端固定于定位导向板上，末端则由固定在尾部面板上的推进伺服电机驱动其旋转；所述丝杠螺母通过螺纹嵌套在丝杠轴上；所述滑动平台通过两侧的配套滑块嵌套在直线导轨上，底部则与所述丝杠螺母连接。

8.如权利要求7所述的一种用于地下工程模型试验竖井开挖的精准数控自动开挖装置，其特征在于，所述旋转切削系统与渣土吸送系统嵌套成整体后，尾部固定在所述的滑动平台上，所述的传动轴外套管、刚性吸渣管则嵌套在定位导向板的直线轴承中，各管道均与直线轨道保持平行。

9.如权利要求6所述的一种用于地下工程模型试验竖井开挖的精准数控自动开挖装置，其特征在于，所述人机交互控制系统主要由人机交互界面、集成控制板组成，所述的集成控制板与推进伺服电机相连；所述集成控制板内置自编程序，自动对推进伺服电机的转速进行精确控制，从而按用户所设定的开挖速度、开挖进尺及各开挖步间隔时间自动完成开挖过程，并将开挖进程实时显示在人机交互控制界面。