[发明专利]一种模拟泥饼形成及去除机理的实验装置与方法

说明书

本发明公开了一种模拟泥饼形成及去除机理的实验装置及方法，包括呈矩形的钢结构框架，设于钢结构框架下部的若干个推进油缸，设于各个推进油缸上部并与各个油缸连接的法兰，设于法兰上的土仓，设于钢结构框架上部的输出轴，输出轴的一端与钢结构框架固定连接，输出轴的另一端与微型刀盘连接，输出轴上设有与输出轴固定连接的固定架，钢结构框架上方设有电机和与电机连接的蜗杆减速器；各个推进油缸均与钢结构框架的底部固定连接，土仓与法兰为可拆卸连接，固定架位于微型刀盘上方，蜗杆减速器与输出轴连接。本发明具有如下有益效果：本发明的装置具有结构简单、可测温度、扭矩、力且能根据刀盘、地层特点进行不同实验的特点，前瞻性搭载超声探头，还可以模拟化学分散剂等方法作用下去除泥饼的效果，为盾构设计及应用阶段的决策提供实验支撑，在该领域具有积极的效果。

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，尤其是涉及一种模拟泥饼形成及去除机理的实验装置与方法。

背景技术

盾构作为一种机械化施工装备被广泛应用在地铁、公路、综合管廊的修建中，具有施工速度快、机械化程度高的优点。在特定地层，比如黏土、泥岩地层盾构在施工过程中刀盘面板会被泥饼糊住，刀具无法有效对土层进行切削，会产生掘进效率低、地层扰动大，而且泥饼与地层长时间的摩擦会产生大量的热，容易让主轴承密封失效的问题。为了方便对泥饼形成过程进行模拟以及评价不同去除泥饼方法的有效性，设计一套设备实验装置对泥饼产生、去除过程进行模拟，对盾构刀盘设计、施工现场泥饼去除方法验证均具有较大的益处。

发明内容

本发明为了克服现有技术中特定地层施工中，刀盘被泥饼包裹，无法对土层进行有效切削，掘进效率低、地层扰动大，泥饼与地层长时间摩擦产生大量的热易使主轴承密封失效的问题，提出了一种模拟泥饼形成及去除机理的实验装置与方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种模拟泥饼形成及去除机理的实验装置，包括呈矩形的钢结构框架，设于钢结构框架下部的若干个推进油缸，设于各个推进油缸上部并与各个油缸连接的法兰，设于法兰上的土仓，设于钢结构框架上部的输出轴，输出轴的一端与钢结构框架固定连接，输出轴的另一端与微型刀盘连接，输出轴上设有与输出轴固定连接的固定架，钢结构框架上方设有电机和与电机连接的蜗杆减速器；各个推进油缸均与钢结构框架的底部固定连接，土仓与法兰为可拆卸连接，固定架位于微型刀盘上方，蜗杆减速器与输出轴连接。

通过控制推进油缸运动，土仓在垂直方向运动，微型刀盘在电机驱动下发生旋转，可模拟盾构刀盘切削土体。钢结构框架为方形钢结构框架，为提高结构刚性钢结构内布有桁架，钢结构框架留有空间便于土仓取出和安装，钢结构框架上部预留减振支座便于电动机、蜗杆减速器的安装。

固定架与输出轴通过对顶螺母连接，保持相对位置的固定，固定架与输出轴之间无相对回转。

作为优选，所述输出轴上设有力传感器及扭矩传感器，力传感器及扭矩传感器均位于固定架和微型刀盘之间。

作为优选，所述微型刀盘上设有超声探头和温度传感器探头，超声探头和温度传感器探头分别位于微型刀盘的左右两侧；所述固定架上设有超声波发生器和温度传感器，超声波发生器与超声探头电连接，温度传感器与温度传感器探头电连接。

作为优选，所述微型刀盘呈圆形，微型刀盘是根据真实刀盘按照一定比例微缩制成，输出轴与微型刀盘的圆心处连接。

作为优选，所述土仓为圆筒状，土仓的直径大于微型刀盘的直径，土仓的上部开口，土仓的下部设有凸缘，凸缘与法兰连接。

作为优选，所述电机为变频电机，电机与蜗杆减速机通过挠性联轴器连接；所述推进油缸上设有位移传感器和压力变送器。位移传感器可采用拉绳位移传感器但不限于此拉绳位移传感器，能够对行程进行实时测量，压力变送器便于对油压进行采集。