[发明专利]一种多功能微型隧道掘进模型试验系统

摘要

本发明涉及一种多功能微型隧道掘进模型试验系统，包括试验平台、泥浆循环系统、微型隧道掘进机和动力控制系统。试验平台上端固定有微型隧道掘进机行进导轨、控制系统工作箱、推进动力驱动马达；泥浆循环系统可实现泵送泥浆或润滑剂、排出废浆和检测泥浆压力等功能；微型隧道掘进机由连接部分、管片部分和机头部分组成，可通过增设管片部分调节掘进长度，机头部分前端设有刀盘用以开挖岩土体，机头部分后端半径略小于前端、用以模拟地层损失；动力控制系统用以控制微型隧道掘进机掘进方向和速率、刀盘转动方向和速率。本发明各部分功能相对独立，可扩展性强，通过增减相关部件即可模拟不同隧道掘进机的工作状态，满足隧道开挖模拟的科研需要。

主权项

1.一种多功能微型隧道掘进模型试验系统，其特征在于，包括实验平台、微型隧道掘进机、泥浆循环系统和动力控制系统；其中：所述实验平台由铝合金方管型材梁柱装配而成，铝合金方管型材梁柱通过螺栓和连接件组成框架结构；所述实验平台下部四角带有调平螺栓和锚固定件；所述实验平台上表面固定有预打孔的平台钢板；所述实验平台侧面固定有动力控制系统上的工作箱；所述平台钢板上固定有动力控制系统上的推进动力系统和附属拍照设备；所述动力控制系统包括推进动力控制系统、转动动力控制系统和控制箱，所述推进动力控制系统用以调节所述的微型隧道掘进机的前进速率和方向；所述转动动力控制系统用以调节刀盘的旋转速率和方向；所述控制箱通过调节所述的微型隧道掘进机的推进状态以满足不同开挖需求；所述推进动力控制系统包括导轨、螺纹传动钢轴、驱动马达、马达齿轮、传动皮带、钢轴齿轮、支座板、箍爪、螺纹箍以及轴力应变片，马达齿轮固定于驱动马达上，钢轴齿轮固定于螺纹传动钢轴一端，马达齿轮与钢轴齿轮通过第一传动皮带连接，驱动马达通过第一传动皮带带动螺纹传动钢轴转动；螺纹箍抱箍在螺纹传动钢轴上，螺纹传动钢轴通过螺纹驱动螺纹箍作前后运动；螺纹箍及箍爪均固定于支座板上，当螺纹箍运动时，可带动支座板作前后运动，箍爪抱箍在导轨上，为支座板运动提供导向；螺纹传动钢轴与钢轴齿轮固定处预埋有轴力应变片，所述轴力应变片连接应变采集器，用以测量推进过程中螺纹传动钢轴的轴力；所述转动动力控制系统包括驱动马达、马达齿轮、第二传动皮带、刀盘齿轮、刀盘传动轴、固定螺栓以及刀盘；第二驱动马达通过固定螺栓固定于闭口封板或开口封板上，第二马达齿轮固定在第二驱动马达上，刀盘齿轮固定在传动轴一端上，第二驱动马达通过皮带连接传动轴，传动轴另一端上固定有刀盘，第二驱动马达通过皮带带动传动轴，进而带动固定在传动轴上的刀盘转动切削土体；所述微型隧道掘进机包括不锈钢盾壳，不锈钢盾壳包括连接部分、管片部分和机头部分，连接部分由第一不锈钢壳体和连接肋焊接成整体，连接肋底座通过螺栓固定于支座板上；机头部分包括第二不锈钢壳体、封板，第二不锈钢壳体与封板通过螺栓连接；封板上部开有第一螺栓孔，用以与转动动力控制系统相连；周围开有第二螺栓孔，用以与不锈钢盾壳相连；封板中心开有中轴孔，用以固定刀盘传动轴；所述的泥浆循环系统包括恒压泵、泥浆池、废浆池、进浆管、进浆压力表、出浆管及出浆压力表，进浆管末端与注浆孔相连，进浆管开端伸入泥浆池内，进浆管连接恒压泵，出浆管开端与出浆孔相连，出浆管末端伸入废浆池，恒压泵通过进浆管将新鲜泥浆以一定的压力送入开挖面，开挖面的废泥浆通过出浆管排出至废浆池，进浆管和出浆管上分别设有进浆压力表和出浆压力表，用于监测进出泥浆压力。