一种盾构掘进土体模拟装置的制作方法

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1.本发明涉及盾构模拟实验技术领域，具体涉及一种盾构掘进土体模拟装置。

背景技术：

2.随着城市轨道交通的发展，盾构法已成为轨道交通建设必不可少的施工技术。现阶段，对于盾构机掘进过程中盾体与土体、刀具与土体相互影响以及刀具磨损规律研究鲜少，相关理论尚未形成完整体系。一方面由于实际工程中进行试验难度大、相关参数难以提取、试验成本高且具有一定安全风险。导致现场试验进展较少；另一方面现有的盾构机模拟试验装置模拟工况与实际差距较大，考虑条件相对单一，模拟试验效果较差。
3.如授权公告号cn212716635u的中国专利，其公开了一种可模拟小半径盾构施工过程的室内试验装置，包括箱体、环刀、圆筒和焊接钢管；所述箱体为玻璃箱，且箱体的两侧对应开设有用于模型进出的洞口，且箱体的内部侧面等距离安装有用于测量模拟隧道沉降的位移传感器，所述圆筒的一端安装有切割土体的环刀，且圆筒的另一端内侧套接焊接钢管的一端外侧，所述焊接钢管内部安装有小型化的输送机，且输送机的输送带上等距离设置有负责挖掘土体的铲斗，且圆筒和焊接钢管的空隙处螺旋缠绕有橡胶发泡管。可用于实验室简要模拟盾构过程，获取不同土层土体的沉降数据及规律，使小半径盾构模拟成为可能，为施工提供参考。上述专利提出的可模拟小半径盾构施工过程的室内试验装置，其虽有诸多优点，但其在盾构实验过程中稳定性不够，对于不同土质的模拟实验，装置的稳定性尤为重要，也为后续的工况研究提供了便利。

技术实现要素：

4.本公开的主要目的在于提供了一种盾构掘进土体模拟装置，以有效解决发明人在上述背景技术提出的问题。
5.为达成上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种盾构掘进土体模拟装置，包括实验台、盾构机、土壤模拟箱以及渣土输送机构，所述实验台的上方滑动安装有滑向座，所述滑向座的顶部固定连接有安装架，所述盾构机固定安装于安装架的侧面，所述渣土输送机构安装于盾构机内，所述土壤模拟箱固定安装于实验台顶面的左侧，且土壤模拟箱的右侧面开设有钻口。
7.优选的，所述盾构机包括环刀、驱动电机和主旋轴，所述环刀转动安装于盾构机朝向土壤模拟箱的一侧，所述驱动电机固定安装于滑向座顶部，且驱动电机的输出端固定连接主旋轴，所述主旋轴的另一端贯穿安装架和盾构机并固定连接环刀。
8.优选的，所述渣土输送机构包括渣土输送筒、转轴和螺旋推进片，所述渣土输送筒固定安装于盾构机内，且渣土输送筒通向环刀的入口，所述转轴转动安装于渣土输送筒内，所述螺旋推进片固定安装于转轴上。
9.优选的，所述渣土输送筒底部的右侧开设有出口，所述滑向座上固定连接有渣土箱，所述出口通向渣土箱内，所述渣土箱的侧面设有清理通道。
10.优选的，所述主旋轴位于盾构机内的部分固定安装有第一齿轮，所述转轴上固定安装有第二齿轮，所述渣土输送筒顶部的右侧开设有缺口，所述第一齿轮穿过缺口并与第二齿轮啮合。
11.优选的，所述实验台顶面的中轴线方向上开设有推进轨道，所述推进轨道内固定安装有齿牙齿条，所述滑向座的底部转动安装有齿轮轴，且齿轮轴上固定安装有前进齿轮，所述滑向座内固定安装有伺服电机，且伺服电机的输出端与齿轮轴固定连接，所述前进齿轮伸至推进轨道中并与齿牙齿条啮合。
12.优选的，所述土壤模拟箱包括支架、电动伸缩杆和压实板，所述支架固定安装于实验台顶面，且支架的顶板上固定安装电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的输出端固定连接压实板，所述压实板朝向土壤模拟箱。
13.优选的，所述实验台的顶部固定安装有两个平行设定的导轨，所述滑向座滑动安装于导轨上，所述实验台的顶部还固定安装有牵引架，所述盾构机活动贯穿牵引架。
14.鉴于此，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15.(一)、本技术中，在土壤模拟箱内装上土体(盾构设备与隧道等比例缩小，即为盾构机和装有土体的土壤模拟箱)，伺服电机驱动主旋轴和环刀转动，使环刀对土体进行切割，以模拟隧道的挖掘，伺服电机同步开启并驱动齿轮轴和前进齿轮旋转，由于前进齿轮与齿牙齿条啮合，滑向座滑动于实验台上，进而使得前进齿轮沿着齿牙齿条前进滚动，使盾构机顺着推进轨道向土壤模拟箱内推进，以模拟隧道的掘进，为施工提供可靠的参考。
16.(二)、本技术中，盾构机和环刀通过钻口进入土壤模拟箱内，并对其内的土体进行切割挖掘，产生的土渣进入盾构机内的渣土输送筒中，由于盾构模拟过程中驱动电机处于开启状态，使主旋轴上的第一齿轮带动第二齿轮转动，继而使转轴和螺旋推进片转动，使土渣得以输送并由出口落入渣土箱中，使土渣得以有效排出处理，保证盾构过程的顺利完成。
附图说明
17.图1所示为本发明提供的盾构施工渣土处理装置结构示意图；
18.图2所示为图1的剖视图；
19.图3所示为滑向座的侧剖图；
20.图4所示为图2中a部的放大图。
21.图标：
22.1-实验台；11-推进轨道；12-齿牙齿条；13-伺服电机；14-前进齿轮；2-盾构机；21-环刀；22-驱动电机；23-主旋轴；3-土壤模拟箱；31-支架；32-电动伸缩杆；33-压实板；4-滑向座；5-安装架；6-渣土输送筒；61-转轴；62-螺旋推进片；63-出口；64-第一齿轮；65-第二齿轮；7-渣土箱；8-导轨；9-牵引架。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1-4，本发明提供以下实施例：
25.实施例一
26.一种盾构掘进土体模拟装置，包括实验台1、盾构机2、土壤模拟箱3以及渣土输送机构，实验台1的上方滑动安装有滑向座4，滑向座4的顶部固定连接有安装架5，盾构机2固定安装于安装架5的侧面，渣土输送机构安装于盾构机2内，土壤模拟箱3固定安装于实验台1顶面的左侧，且土壤模拟箱3的右侧面开设有钻口。
27.具体的，盾构机2包括环刀21、驱动电机22和主旋轴23，环刀21转动安装于盾构机2朝向土壤模拟箱3的一侧，驱动电机22固定安装于滑向座4顶部，且驱动电机22的输出端固定连接主旋轴23，主旋轴23的另一端贯穿安装架5和盾构机2并固定连接环刀21。
28.具体的，渣土输送机构包括渣土输送筒6、转轴61和螺旋推进片62，渣土输送筒6固定安装于盾构机2内，且渣土输送筒6通向环刀21的入口，转轴61转动安装于渣土输送筒6内，螺旋推进片62固定安装于转轴61上。
29.具体的，渣土输送筒6底部的右侧开设有出口63，滑向座4上固定连接有渣土箱7，出口63通向渣土箱7内，渣土箱7的侧面设有清理通道。
30.具体的，主旋轴23位于盾构机2内的部分固定安装有第一齿轮64，转轴61上固定安装有第二齿轮65，渣土输送筒6顶部的右侧开设有缺口，第一齿轮64穿过缺口并与第二齿轮65啮合。
31.具体的，实验台1顶面的中轴线方向上开设有推进轨道11，推进轨道11内固定安装有齿牙齿条12，滑向座4的底部转动安装有齿轮轴，且齿轮轴上固定安装有前进齿轮14，滑向座4内固定安装有伺服电机13，且伺服电机13的输出端与齿轮轴固定连接，前进齿轮14伸至推进轨道11中并与齿牙齿条12啮合。
32.本实施例的具体实施方式为：在土壤模拟箱3内装上土体(盾构设备与隧道等比例缩小，即为盾构机2和装有土体的土壤模拟箱3)，伺服电机22驱动主旋轴23和环刀21转动，使环刀21对土体进行切割，以模拟隧道的挖掘，伺服电机13同步开启并驱动齿轮轴和前进齿轮14旋转，由于前进齿轮14与齿牙齿条12啮合，滑向座4滑动于实验台1上，进而使得前进齿轮14沿着齿牙齿条12前进滚动，使盾构机2顺着推进轨道11向土壤模拟箱3内推进，以模拟隧道的掘进，为施工提供可靠的参考；
33.盾构机2和环刀21通过钻口进入土壤模拟箱3内，并对其内的土体进行切割挖掘，产生的土渣进入盾构机2内的渣土输送筒6中，由于盾构模拟过程中驱动电机22处于开启状态，使主旋轴23上的第一齿轮64带动第二齿轮65转动，继而使转轴61和螺旋推进片62转动，使土渣得以输送并由出口63落入渣土箱7中，使土渣得以有效排出处理，保证盾构过程的顺利完成。
34.实施例二
35.与实施例一的不同之处在于，还包括以下内容：
36.土壤模拟箱3包括支架31、电动伸缩杆32和压实板33，支架31固定安装于实验台1顶面，且支架31的顶板上固定安装电动伸缩杆32，电动伸缩杆32的输出端固定连接压实板33，压实板33朝向土壤模拟箱3，将土体装入土壤模拟箱3后，开启电动伸缩杆32，使电动伸缩杆32带动压实板33下移，进而压实板33对土体进行压实处理，使土体具有不同硬度，进而可模拟在不同土质下盾构机2的工作状态，或环刀21的磨损情况。
37.具体的，实验台1的顶部固定安装有两个平行设定的导轨8，滑向座4滑动安装于导轨8上，实验台1的顶部还固定安装有牵引架9，盾构机2活动贯穿牵引架9，使盾构机2得以水平导向，提升其工作状态下的平稳性。
38.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
39.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：

1.一种盾构掘进土体模拟装置，包括实验台(1)、盾构机(2)、土壤模拟箱(3)以及渣土输送机构，其特征在于：所述实验台(1)的上方滑动安装有滑向座(4)，所述滑向座(4)的顶部固定连接有安装架(5)，所述盾构机(2)固定安装于安装架(5)的侧面，所述渣土输送机构安装于盾构机(2)内，所述土壤模拟箱(3)固定安装于实验台(1)顶面的左侧，且土壤模拟箱(3)的右侧面开设有钻口。2.根据权利要求1所述的一种盾构掘进土体模拟装置，其特征在于：所述盾构机(2)包括环刀(21)、驱动电机(22)和主旋轴(23)，所述环刀(21)转动安装于盾构机(2)朝向土壤模拟箱(3)的一侧，所述驱动电机(22)固定安装于滑向座(4)顶部，且驱动电机(22)的输出端固定连接主旋轴(23)，所述主旋轴(23)的另一端贯穿安装架(5)和盾构机(2)并固定连接环刀(21)。3.根据权利要求2所述的一种盾构掘进土体模拟装置，其特征在于：所述渣土输送机构包括渣土输送筒(6)、转轴(61)和螺旋推进片(62)，所述渣土输送筒(6)固定安装于盾构机(2)内，且渣土输送筒(6)通向环刀(21)的入口，所述转轴(61)转动安装于渣土输送筒(6)内，所述螺旋推进片(62)固定安装于转轴(61)上。4.根据权利要求3所述的一种盾构掘进土体模拟装置，其特征在于：所述渣土输送筒(6)底部的右侧开设有出口(63)，所述滑向座(4)上固定连接有渣土箱(7)，所述出口(63)通向渣土箱(7)内，所述渣土箱(7)的侧面设有清理通道。5.根据权利要求3所述的一种盾构掘进土体模拟装置，其特征在于：所述主旋轴(23)位于盾构机(2)内的部分固定安装有第一齿轮(64)，所述转轴(61)上固定安装有第二齿轮(65)，所述渣土输送筒(6)顶部的右侧开设有缺口，所述第一齿轮(64)穿过缺口并与第二齿轮(65)啮合。6.根据权利要求1所述的一种盾构掘进土体模拟装置，其特征在于：所述实验台(1)顶面的中轴线方向上开设有推进轨道(11)，所述推进轨道(11)内固定安装有齿牙齿条(12)，所述滑向座(4)的底部转动安装有齿轮轴，且齿轮轴上固定安装有前进齿轮(14)，所述滑向座(4)内固定安装有伺服电机(13)，且伺服电机(13)的输出端与齿轮轴固定连接，所述前进齿轮(14)伸至推进轨道(11)中并与齿牙齿条(12)啮合。7.根据权利要求1所述的一种盾构掘进土体模拟装置，其特征在于：所述土壤模拟箱(3)包括支架(31)、电动伸缩杆(32)和压实板(33)，所述支架(31)固定安装于实验台(1)顶面，且支架(31)的顶板上固定安装电动伸缩杆(32)，所述电动伸缩杆(32)的输出端固定连接压实板(33)，所述压实板(33)朝向土壤模拟箱(3)。8.根据权利要求1所述的一种盾构掘进土体模拟装置，其特征在于：所述实验台(1)的顶部固定安装有两个平行设定的导轨(8)，所述滑向座(4)滑动安装于导轨(8)上，所述实验台(1)的顶部还固定安装有牵引架(9)，所述盾构机(2)活动贯穿牵引架(9)。

技术总结

本申请属于盾构模拟实验技术领域，尤其是涉及一种盾构掘进土体模拟装置，包括实验台、盾构机、土壤模拟箱以及渣土输送机构，所述实验台的上方滑动安装有滑向座，所述滑向座的顶部固定连接有安装架，所述盾构机固定安装于安装架的侧面，所述渣土输送机构安装于盾构机内。本发明中，在土壤模拟箱内装上土体，伺服电机驱动主旋轴和环刀转动，使环刀对土体进行切割，以模拟隧道的挖掘，伺服电机同步开启并驱动齿轮轴和前进齿轮旋转，由于前进齿轮与齿牙齿条啮合，滑向座滑动于实验台上，进而使得前进齿轮沿着齿牙齿条前进滚动，使盾构机顺着推进轨道向土壤模拟箱内推进，以模拟隧道的掘进，为施工提供可靠的参考。为施工提供可靠的参考。为施工提供可靠的参考。