【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下工程试验，特别是涉及一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置及方法。
技术介绍
1、随着越来越多大型地下工程建设项目的推进，盾构机掘进作为一种机械化程度高、施工准确度高、施工速度快、对地层扰动小的施工技术，逐渐成为目前隧道施工建设中常用的技术形式。并且盾构技术正广泛应用于公路隧道、综合管廊、市政工程等项目建设。盾构的作业环境具有多样性，当盾构机长时间在软土地层(例如黏土、泥岩等)、硬质地层(地层含砾石、卵石等)中掘进时，经常会遇到刀盘温度异常和结泥饼的问题。当盾构机刀盘被泥饼堵塞，刀具就不能正常对土体进行切削，且出渣不畅。这会严重影响隧道施工效率。如果被迫停机整修，有可能会进一步造成掌子面失稳、地表塌陷等重大施工安全问题。所以研究盾构刀盘结泥饼的机理和温度的影响是解决盾构刀盘结泥饼问题的先决条件，这方面的研究有助于解决盾构施工技术的实际施工问题。
2、由于盾构机掘进过程中难以实时监测刀盘结泥饼的情况，所以对盾构刀盘结泥饼的研究更依赖于室内模型试验。目前盾构刀盘结泥饼的实验装置较少，不能对盾构刀盘结泥饼的各种影响因素进行试验研究分析。
3、因此，亟需一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置及方法，用来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响
3、包括：
4、掘进模拟系统，包括刀盘和土箱，所述土箱内设置有预制土体，所述刀盘用于伸入到所述预制土体内；
5、旋转驱动装置，其驱动端与所述刀盘相连接，所述旋转驱动装置用于驱动所述刀盘转动；
6、轴向驱动装置，其驱动端与所述土箱相连接，所述轴向驱动装置用于驱动所述土箱沿其轴向移动；
7、温度控制系统，所述温度控制系统的导热端与所述刀盘连接，用于控制所述刀盘的温度；
8、监测系统，包括终端设备，所述旋转驱动装置和所述轴向驱动装置分别与所述终端设备电性连接。
9、优选的，所述旋转驱动装置和所述轴向驱动装置分别固定连接在主体框架两端，所述主体框架上转动连接有转动主轴，所述转动主轴两端分别与所述刀盘和所述旋转驱动装置的驱动端连接。
10、优选的，所述温度控制系统包括导热片、导电滑环和温度控制器，所述导热片与所述刀盘固定连接，所述导电滑环固定连接在所述主体框架上且套设在所述转动主轴上，所述导电滑环与所述转动主轴相对转动实现电路的连通，所述导热片和所述温度控制器分别与所述导电滑环电性连接。
11、优选的，所述轴向驱动装置上设置有位移传感器，所述转动主轴上设置有扭矩传感器和推力传感器，所述位移传感器、所述扭矩传感器和所述推力传感器分别与所述终端设备电性连接。
12、优选的，所述土箱包括顶盖和底板，所述顶盖和所述底板之间固定连接有土箱壁，所述转动主轴一端贯穿所述顶盖伸入到所述顶盖和所述底板之间，所述轴向驱动装置的输出端固定连接有托板，所述底板固定连接在所述托板上。
13、优选的，所述刀盘和所述土箱之间设置有挤土套环，所述刀盘直径小于所述挤土套环的内径，所述挤土套环的外径小于所述土箱壁的内径。
14、优选的，所述主体框架上固定连接有定位块，所述转动主轴与所述定位块可拆卸连接，所述旋转驱动装置的输出端设置有凸缘，所述转动主轴一端设置有连接槽，所述连接槽与所述凸缘卡接。
15、一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验方法，包括以下步骤：
16、根据盾构掘进土层的实际情况确定预制土体参数和掘进模拟参数；
17、通过温度控制系统控制所述刀盘达到多个预设温度；
18、基于每个预设温度的刀盘分别进行掘进模拟实验，并采集所述掘进模拟实验的实验数据，其中所述掘进模拟实验包括基于所述掘进模拟参数控制所述旋转驱动装置驱动所述刀盘相对于所述预制土体旋转、且控制所述轴向驱动装置驱动所述土箱相对于所述刀盘移动；
19、基于所述掘进模拟实验的实验数据，对结泥饼风险进行综合评价。
20、优选的，所述预制土体的参数包括土体的组分、颗粒级配、含水率和塌落度；掘进模拟参数包括旋转驱动装置的转速和轴向驱动装置的推进速度。
21、优选的，相关数据包括扭矩、推力、转速、轴向速度、位移。
22、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
23、本专利技术提供的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置及方法，旋转驱动装置带动刀盘转动，轴向驱动装置带动土箱移动，移动时实现对预制土体的切削，模拟掘进过程，通过设置的温度控制系统控制刀盘的温度，并通过终端设备对实验过程中的各种数据进行采集，实现模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验。本申请可以提供多种测试环境用于模拟研究盾构掘进过程中刀盘在不同温度情况下结泥饼的状态，进而可以根据试验情况进行工程实际的预测，并且提供了不同温度时刀盘结泥饼的风险性评价，对盾构刀盘设计、施工现场泥饼去除方法的选择提供指导建议。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于：所述旋转驱动装置(5)和所述轴向驱动装置(6)分别固定连接在主体框架(1)两端，所述主体框架(1)上转动连接有转动主轴(4)，所述转动主轴(4)两端分别与所述刀盘(2)和所述旋转驱动装置(5)的驱动端连接。
3.根据权利要求2所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于：所述温度控制系统包括导热片(8)、导电滑环(9)和温度控制器(10)，所述导热片(8)与所述刀盘(2)固定连接，所述导电滑环(9)固定连接在所述主体框架(1)上且套设在所述转动主轴(4)上，所述导电滑环(9)与所述转动主轴(4)相对转动实现电路的连通，所述导热片(8)和所述温度控制器(10)分别与所述导电滑环(9)电性连接。
4.根据权利要求2所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于：所述轴向驱动装置(6)上设置有位移传感器，所述转动主轴(4)上设置有扭矩传感器(11)和推力传感器(12)，所述位
5.根据权利要求2所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于：所述土箱(3)包括顶盖(31)和底板(32)，所述顶盖(31)和所述底板(32)之间固定连接有土箱壁(33)，所述转动主轴(4)一端贯穿所述顶盖(31)伸入到所述顶盖(31)和所述底板(32)之间，所述轴向驱动装置(6)的输出端固定连接有托板(13)，所述底板(32)固定连接在所述托板(13)上。
6.根据权利要求5所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于：所述刀盘(2)和所述土箱(3)之间设置有挤土套环(14)，所述刀盘(2)直径小于所述挤土套环(14)的内径，所述挤土套环(14)的外径小于所述土箱壁(33)的内径。
7.根据权利要求6所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于：所述主体框架(1)上固定连接有定位块(16)，所述转动主轴(4)与所述定位块(16)可拆卸连接，所述旋转驱动装置(5)的输出端设置有凸缘(17)，所述转动主轴(4)一端设置有连接槽(18)，所述连接槽(18)与所述凸缘(17)卡接。
8.一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验方法，适用于权利要求1-7任一所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验方法，其特征在于：所述预制土体的参数包括土体的组分、颗粒级配、含水率和塌落度；掘进模拟参数包括旋转驱动装置(5)的转速和轴向驱动装置(6)的推进速度。
10.根据权利要求8所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验方法，其特征在于：实验数据包括扭矩、推力、转速、轴向速度、位移。
...【技术特征摘要】
1.一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于：所述旋转驱动装置(5)和所述轴向驱动装置(6)分别固定连接在主体框架(1)两端，所述主体框架(1)上转动连接有转动主轴(4)，所述转动主轴(4)两端分别与所述刀盘(2)和所述旋转驱动装置(5)的驱动端连接。
3.根据权利要求2所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于：所述温度控制系统包括导热片(8)、导电滑环(9)和温度控制器(10)，所述导热片(8)与所述刀盘(2)固定连接，所述导电滑环(9)固定连接在所述主体框架(1)上且套设在所述转动主轴(4)上，所述导电滑环(9)与所述转动主轴(4)相对转动实现电路的连通，所述导热片(8)和所述温度控制器(10)分别与所述导电滑环(9)电性连接。
4.根据权利要求2所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于：所述轴向驱动装置(6)上设置有位移传感器，所述转动主轴(4)上设置有扭矩传感器(11)和推力传感器(12)，所述位移传感器、所述扭矩传感器(11)和所述推力传感器(12)分别与所述终端设备(7)电性连接。
5.根据权利要求2所述的一种模拟温度对盾构刀盘结泥饼影响的实验装置，其特征在于：所述土箱(3)包括顶盖(31)和底板(32)，所述顶盖(31)和所述底板(32)之间固定连接有土箱壁(33)，所述转动...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘从胜，杜金鹏，尹燕奎，陈鹏飞，杨明文，周宾，文阿龙，
申请(专利权)人：中铁上海工程局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。