[发明专利]一种模拟盾构机掘进的模型试验装置

权利要求书

1.一种模拟盾构机掘进的模型试验装置，包括试验块(15)、机架(1)和压力检测机构，所述机架(1)上设置有试块固定架(2)、模拟盾构机挖掘机构，其特征在于：所述试块固定架(2)为内部圆形且外部至少四边的多边形环状结构，所述试块固定架(2)的每一边上均设置有环境压力模拟机构(3)，若干个环境压力模拟机构(3)可将试验块(15)夹持在试块固定架(2)内的中轴线上，且若干个环境压力模拟机构(3)可对试验块(15)施加不同的力，所述环境压力模拟机构(3)包括液压缸(31)以及与其输出端相连的压板(32)，所述压板(32)与试验块(15)相对应的一面为与试验块(15)半径相同的弧形面，所述液压缸(31)固定在试块固定架(2)的外边上，所述试块固定架(2)远离模拟盾构机挖掘机构的一侧设置有用于密封试块固定架(2)的密封机构(4)，所述密封机构(4)包括设置在机架(1)上的支撑板(43)、与试块固定架(2)的内壁相适配的活塞(41)、螺纹连接在支撑板(43)上的螺杆(44)以及导向杆(45)，所述螺杆(44)的一端枢接在活塞(41)上，所述导向杆(45)的一端与活塞(41)相连，另一端穿过支撑板(43)并与支撑板(43)活动连接，所述活塞(41)与试块固定架(2)轴向对应，所述活塞(41)的前端通过支杆连接有环状的固定环(42)，所述固定环(42)与试验块(15)的位置相对应，所述固定环(42)的内径小于试验块(15)的外径且大于盾头(6)的外径，活塞(41)的前端通过支杆连接有环状的固定环(42)，支杆的长度大于盾头(6)的长度，当盾头(6)贯穿试验块(15)时保证盾头(6)与活塞(41)之间的距离，防止桨状刀片(11)切割到活塞(41),固定环(42)与试验块(15)的位置相对应，固定环(42)的内径小于试验块(15)的外径且大于盾头(6)的外径,固定环(42)用于顶住试验块(15)，当盾头(6)贯穿试验块(15)后由于固定环(42)的内径大于盾头(6)的外径，盾头(6)不会接触到固定环(42),所述模拟盾构机挖掘机构与试验块(15)的中轴线位置相对应，所述压力检测机构包括若干埋设在试验块(15)内的压力传感器(16)和电阻应变式传感器(17)，若干个压力传感器(16)分别一一与环境压力模拟机构(3)相对应，所述电阻应变式传感器(17)与模拟盾构机挖掘机构的位置相对应，所述模拟盾构机挖掘机构包括行进机构(5)、设置在行进机构(5)上的盾构机外筒(7)、盾头(6)、模型隧道(14)、排砂机构(8)、桨状刀片(11)伺服电机(10)，所述盾构机外筒(7)套在模型隧道(14)外，所述盾头(6)为一面闭合的中空筒状，所述盾头(6)闭合的一面可拆卸式的连接在盾构机外筒(7)的前端，所述桨状刀片(11)通过刀片轴(12)枢接在盾头(6)上，伺服电机(10)通过传动轴(13)与刀片轴(12)可拆卸式传动连接，所述排砂机构(8)与盾头(6)连通，排砂机构(8)用于将盾头(6)的砂末排出，所述排砂机构(8)包括吸尘器(81)、吸气管(82)和进气管(83)，所述吸尘器(81)通过吸气管(82)与盾头(6)连通，所述进气管(83)的一端与盾头(6)连通，所述进气管(83)的另一端与大气连通用于为盾头(6)内进行补气，所述盾头(6)的内壁上设置有螺旋形的导流槽(20)，所述导流槽(20)的一端与桨状刀片(11)位置相对应，另一端与吸气管(82)的位置相对应,行进机构(5)包括沿着行进方向设置的丝杠(52)、与丝杠(52)相适配的螺母、滑轨(54)、与滑轨(54)相适配的滑块(55)、移动台(51)以及与丝杠(52)相连的电机(53)，移动台(51)与螺母、滑块(55)相连，移动台(51)与盾构机外筒(7)固连，所述试块固定架(2)上设置有用于夹紧模型隧道(14)的隧道夹紧机构(9)，所述隧道夹紧机构(9)位于试块固定架(2)上靠近密封机构(4)的一侧，所述隧道夹紧机构(9)包括若干绕试块固定架(2)中心等角度设置的夹板(92)以及与其相连的气缸(91)，所述气缸(91)设置在试块固定架(2)的外边上，所述模型隧道(14)的外壁上沿着其长度方向开设有卡槽(18)，所述盾构机外筒(7)的内壁上设置有与卡槽(18)相适配的卡条(19)，所述模型隧道(14)通过卡槽(18)与盾构机外筒(7)上的卡条(19)卡接。