适用于过破碎带双护盾TBM刀盘卡机模拟的TBM缩尺模型制造技术

本实用新型专利技术公开了一种适用于双护盾TBM过破碎带刀盘卡机模拟试验的TBM缩尺模型。该TBM缩尺模型包括TBM刀盘护盾、推进装置、扭转动力装置、出渣装置和支撑及导向装置。扭转动力装置包括伺服电机、扭矩传感器以及主轴，主轴为空心钢管，主轴前端与刀盘相连为刀盘提供旋转破岩扭矩。本实用新型专利技术依照真实双护盾TBM机器尺寸及动力参数，严格按照相似理论，设定模型尺寸及动力参数。本实用新型专利技术能够真实反映TBM过破碎带机器响应特征。根据所获得实验数据按照相似比计算得到实际工程TBM施工参数，从而为TBM过破碎带刀盘卡机灾害提供预警。本实用新型专利技术将为双护盾TBM过断层破碎带刀盘卡机机理的研究提供有力工具，对TBM过破碎带掘进施工决策提供依据。决策提供依据。决策提供依据。

【技术实现步骤摘要】
适用于过破碎带双护盾TBM刀盘卡机模拟的TBM缩尺模型


[0001]本技术涉及全断面硬岩掘进机(Tunnel Boring Machine，简称TBM)
，具体涉及一种适用于双护盾TBM过破碎带刀盘卡机工况模拟的TBM缩尺模型。

技术介绍

[0002]目前，双护盾TBM掘进穿越断层破碎带刀盘卡机事故频繁发生，由于破碎岩体自稳性差，开挖面极易收敛或塌方，包裹挤压刀盘，进而造成刀盘卡机，严重威胁TBM安全顺利施工，因此，迫切开展对于TBM刀盘卡机机制的研究。
[0003]刀盘卡机机制涉及“围岩
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刀盘”与“围岩
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护盾”相互作用机制，其中“围岩
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刀盘”相互作用机制极为复杂，主要受围岩岩性、TBM推进装置、TBM刀盘扭转旋切装置以及出渣装置耦合影响，目前数值计算方法难以对以上各方面进行真实模拟；现场试验造价高，一旦出现卡机事故将严重影响隧道正常施工，威胁TBM 机器安全，风险巨大。与数值方法和现场试验相比，模型试验是刀盘卡机机制研究的有效手段。
[0004]刀盘卡机机制涉及“围岩
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刀盘”与“围岩
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护盾”相互作用机制，其中“围岩
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刀盘”相互作用机制极为复杂，主要受围岩岩性、TBM推进装置、TBM刀盘扭转旋切装置以及出渣装置耦合影响，目前数值计算方法难以对以上各方面进行真实模拟；现场试验造价高，一旦出现卡机事故将严重影响隧道正常施工，威胁TBM 机器安全，风险巨大。与数值方法和现场试验相比，模型试验是刀盘卡机机制研究的有效手段。目前，有关TBM缩尺模型鲜有报道，天津大学杨玉虎等人所研制的《一种模拟施工作业真实工况的实验台》，但该实验台设计主要为TBM在完整围岩中掘进推进装置控制提供依据，模型不能模拟TBM掘进破岩过程。因此，能够准确模拟TBM掘进破岩出渣过程，并充分装置相似理论的TBM缩尺模型亟待研发，其对TBM过破碎带刀盘卡机工况模拟至关重要。

技术实现思路

[0005]针对上述技术难题，本技术依据真实双护盾TBM机器尺寸参数及动力参数，严格依照“机器
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土体”装置相似原理，对双护盾TBM缩尺模型的尺寸及动力参数进行设计。根据试验条件下所采集数据，依据装置相似原理，可以换算得到真实条件下TBM刀盘所受的压力及扭矩及卡机状态，进而TBM过掘进过程掘进施工提供预警，保障TBM安全顺利施工。
[0006]本技术目的是提供一种适用于过破碎带刀盘卡机工况模拟的双护盾TBM 缩尺模型；双护盾TBM真实机器构造非常复杂，对于过破碎带刀盘卡机模拟而言，主要控制因素为TBM掘进速度、刀盘旋转速度、刀盘开口率以及刀盘脱困扭矩等参数。通常，临近破碎带围岩较为软弱，TBM撑靴对围岩的作用力对刀盘附近围岩应力场影响较小，此外，在此类地层中双护盾TBM往往以单护盾模式工作，故在TBM模型设计中省略撑靴设计。
[0007]为了实现上述目的，本技术是通过以下方案实现的：
[0008]适用于过破碎带双护盾TBM刀盘卡机模拟的TBM缩尺模型，包括刀盘、刀盘护盾、推进装置、扭转动力装置、出渣装置、导向装置和支撑平台；所述刀盘上安装有正滚刀和边刀；
所述的刀盘护盾安装在刀盘的后端，且所述的刀盘连接一个主轴，所述的主轴由扭转动力装置驱动其旋转；所述的扭转动力装置安装在支撑平台上；所述的推进装置用于推动所述的扭转动力装置和所述的导向装置沿着所述的支撑平台移动，进而实现刀盘的进给；所述的导向装置用于对刀盘和刀盘护盾进行导向；所述的出渣装置设置在刀盘后端，用于出渣。
[0009]进一步的，在所述的刀盘护盾的内部有两个固定隔板，两个固定隔板与刀盘护盾焊接；两个固定隔板用于支撑所述的主轴。
[0010]进一步的，所述推进装置包括液压油缸、油缸支撑支座；所述油缸能够以恒定位移推进和恒定荷载推进两种工作方式；所述的液压油缸一端悬空，中间由两个支座支撑固定在支撑平台上，油缸另一端与导向装置接触。
[0011]进一步的，所述液压油缸与主轴、刀盘护盾中轴线在同一直线上。
[0012]进一步的，所述扭转动力装置包括伺服电机、扭矩传感器组成，所述伺服电机与扭矩传感器、主轴依次串联，伺服电机提供扭矩大小可由扭矩传感器测量得到，并通过主轴传递到刀盘。
[0013]进一步的，所述主轴为空心钢管，通过轴承与护盾两个隔板相连，主轴前端与刀盘相连。
[0014]进一步的，所述出渣装置包括螺旋输送机和驱动电机，螺旋输送机一端置于刀盘后方，并在其上部开口，另一端与驱动电机相连，中间穿过护盾的两个固定隔板；所述的驱动电机固定在所述的支撑平台上。
[0015]进一步的，所述刀盘边缘设置出渣口，开挖过程中的刀盘滚刀旋切下土渣通过出渣口转移到刀盘与护盾隔板之间的空间，进而土渣进入螺旋出土器进土口，通过螺旋出土器向外输送，在靠近驱动电机处，在螺旋出土器下方开口，使排出土渣在开口处排出。
[0016]进一步的，所述导向装置包括前挡板、后挡板、导向连杆和两根平行导轨；所述的平行导轨设置在所述的支撑平台上，所述的支撑板安装在滑块上，支撑板在所述的推进装置推动下可沿着所述的导轨移动；所述的前挡板和后挡板固定在所述的支撑板上，所述的导向连杆穿过前、后两个挡板，并与护盾外侧的固定隔板相连；为TBM掘进提供导向作用。
[0017]进一步的，所述的支撑平台由8根架腿、10个横撑及8个底部垫块组成，架腿和横撑外尺寸均为80mm，厚度6mm的方钢组成。
[0018]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0019]1)本技术提供了一种适用于过破碎带双护盾TBM刀盘卡机模拟的TBM 缩尺模型，该缩尺模型具有功能齐全，结构较为简单，外形较小，能够在实验室条件下准确模拟双护盾TBM过破碎带施工作业真实情况，为TBM刀盘卡机机理研究提供了有力工具。
[0020]2)本技术基于真实双护盾TBM结构尺寸参数及动力参数，依照“机器
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土体”装置相似原理，设计了缩尺模型尺寸和动力参数，试验所获数据能够按照相似比尺换算得到实际工程中TBM施工参数，为实际TBM过破碎带施工提供依据。
附图说明
[0021]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0022]图1为本技术的示意图；
[0023]图2为护盾结构示意图；
[0024]图3为刀盘结构示意图；
[0025]图中：1
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支架横撑；2
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液压千斤顶；3
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千斤顶支座；4
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伺服电机后挡板；5
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伺服电机；6
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扭矩传感器；7
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导向连杆；8
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主轴；9
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.适用于过破碎带双护盾TBM刀盘卡机模拟的TBM缩尺模型，其特征在于，包括刀盘、刀盘护盾、推进装置、扭转动力装置、出渣装置、导向装置和支撑平台；所述刀盘上安装有正滚刀和边刀；所述的刀盘护盾安装在刀盘的后端，且所述的刀盘连接一个主轴，所述的主轴由扭转动力装置驱动其旋转；所述的扭转动力装置安装在支撑平台上；所述的推进装置用于推动所述的扭转动力装置和所述的导向装置沿着所述的支撑平台移动，进而实现刀盘的进给；所述的导向装置用于对刀盘和刀盘护盾进行导向；所述的出渣装置设置在刀盘后端，用于出渣。2.如权利要求1所述的适用于过破碎带双护盾TBM刀盘卡机模拟的TBM缩尺模型，其特征在于，在所述的刀盘护盾的内部固定有两个固定隔板，两个固定隔板用于支撑所述的主轴。3.如权利要求1所述的适用于过破碎带双护盾TBM刀盘卡机模拟的TBM缩尺模型，其特征在于，所述推进装置包括液压油缸、油缸支撑支座；所述液压油缸能够以恒定位移推进和恒定荷载推进两种工作方式；所述的油缸一端悬空，中间由两个支座支撑固定在支撑平台上，油缸另一端与导向装置接触。4.如权利要求3所述的适用于过破碎带双护盾TBM刀盘卡机模拟的TBM缩尺模型，其特征在于，所述液压油缸与主轴、刀盘护盾中轴线在同一直线上。5.如权利要求1所述的适用于过破碎带双护盾TBM刀盘卡机模拟的TBM缩尺模型，其特征在于，所述扭转动力装置包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱光轩，张庆松，李睿，严冬，杨传根，杜三林，邵堃，
申请(专利权)人：华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司，
类型：新型
国别省市：