盾構(gòu)掌子面開挖穩(wěn)定性精細(xì)模擬試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)掌子面開挖穩(wěn)定性精細(xì)模擬試驗(yàn)裝置，由手輪、減速器、齒輪、滑軸、轉(zhuǎn)套、螺母套、絲桿、接桿、刀盤、絲桿軸座、搖把、土壓力傳感器和截齒組成，轉(zhuǎn)動搖把，帶動絲桿轉(zhuǎn)動，絲桿與螺母套產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，螺母套帶動刀盤完成快速進(jìn)退；當(dāng)?shù)谝积X輪卡在第二齒輪上，轉(zhuǎn)動手輪，絲桿與螺母套相對轉(zhuǎn)動速度較慢，螺母套通過接桿帶動刀盤，實(shí)現(xiàn)刀盤慢進(jìn)慢退；當(dāng)?shù)谝积X輪卡在第三齒輪上，轉(zhuǎn)動手輪，滑軸轉(zhuǎn)動帶動齒輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)套帶動螺母套轉(zhuǎn)動，絲桿也隨著螺母套轉(zhuǎn)動；當(dāng)擰緊絲桿上的松緊螺絲，轉(zhuǎn)動手輪，轉(zhuǎn)套帶動螺母套轉(zhuǎn)動，螺母套轉(zhuǎn)動的同時(shí)與絲桿發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，螺母套通過接桿帶動刀盤旋進(jìn)或旋退。本發(fā)明可在一套試驗(yàn)裝置中同時(shí)精細(xì)模擬盾構(gòu)隧道開挖過程中的刀盤的進(jìn)退、旋轉(zhuǎn)和旋進(jìn)/旋退等工況。
【專利說明】盾構(gòu)掌子面開挖穩(wěn)定性精細(xì)模擬試驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)掌子面開挖穩(wěn)定性精細(xì)模擬試驗(yàn)裝置，尤其是能夠模擬盾構(gòu)隧道施工過程中的刀盤進(jìn)退、刀盤旋轉(zhuǎn)和刀盤旋進(jìn)/旋退等多種工況。
【背景技術(shù)】
[0002]在盾構(gòu)隧道開挖過程中，經(jīng)常會遇到砂卵石地層等不穩(wěn)定地層，此類地層掌子面穩(wěn)定性事故時(shí)有發(fā)生。關(guān)于該技術(shù)難題，有些學(xué)者進(jìn)行理論和數(shù)值方面的研究，有些學(xué)者則進(jìn)行了試驗(yàn)研究。在盾構(gòu)隧道施工過程中，刀盤會有進(jìn)退、旋轉(zhuǎn)和旋進(jìn)/旋退等運(yùn)動方式，但是，目前尚無能夠同時(shí)精細(xì)模擬這三種工況的試驗(yàn)裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種盾構(gòu)掌子面開挖穩(wěn)定性精細(xì)模擬試驗(yàn)裝置。
[0004]本發(fā)明提出的盾構(gòu)掌子面開挖穩(wěn)定性精細(xì)模擬試驗(yàn)裝置，由手輪1、減速器2、第一齒輪3、滑軸4、滑軸座5、第二齒輪6、螺母座7、轉(zhuǎn)套8、螺母套9、絲桿10、接桿11、刀盤12、第三齒輪13、絲桿軸座14、松緊螺絲15、搖把16、土壓力傳感器17和截齒18組成，其中:
刀盤12前表面開挖有小孔，用于放置土壓力傳感器17，并在刀盤12前表面均勻布置有截齒18 ;接桿11為中部空心結(jié)構(gòu)，其一端固定于刀盤12上，另一端連接螺母套9，絲桿10插入螺母套9和接桿11內(nèi)部組成的空心部位，絲桿10的外螺紋與螺母套9的內(nèi)螺紋咬合，使絲桿10能在所述空心部位來回移動；絲桿10上設(shè)有第三齒輪13，且第三齒輪13位于螺母套9外，絲桿10另一側(cè)通過松緊螺絲15固定在絲桿軸座14上，絲桿10端部連接搖把16 ；螺母套9外壁上套有轉(zhuǎn)套8，所述轉(zhuǎn)套8上套有第二齒輪6和螺母座7 ;所述手輪I連接減速器2，另一端連接滑軸4，滑軸4上套有第一齒輪3，第一齒輪3能在滑軸4上來回移動，滑軸4另一端固定在滑軸座5上；使用時(shí)，第二齒輪6和第三齒輪13分別能與第一齒輪3相咬合；
轉(zhuǎn)動搖把16，帶動絲桿10轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)套8與螺母套9的相對轉(zhuǎn)動由鍵鎖死，二者只能發(fā)生軸向相對滑動，絲桿10與螺母套9產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，由于絲桿10軸向位移鎖死，螺母套9帶動接桿11以及刀盤12完成快速進(jìn)退；當(dāng)?shù)谝积X輪3卡在第二齒輪6上，轉(zhuǎn)動手輪1，減速器2減速，使絲桿10轉(zhuǎn)速降低，絲桿10與螺母套9相對轉(zhuǎn)動速度較慢，螺母套9通過接桿
11帶動刀盤12，實(shí)現(xiàn)刀盤12的慢進(jìn)慢退；當(dāng)?shù)谝积X輪3卡在第三齒輪13上，轉(zhuǎn)動手輪1，滑軸4轉(zhuǎn)動帶動第一齒輪3和第三齒輪13轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)套8帶動螺母套9轉(zhuǎn)動，由于軸承作用在絲桿10上的滑動摩擦力矩小于螺母套9作用在絲桿10上的靜摩擦力矩，故絲桿10也隨著螺母套9轉(zhuǎn)動；當(dāng)擰緊絲桿10上的松緊螺絲15，轉(zhuǎn)動手輪1，轉(zhuǎn)套8帶動螺母套9轉(zhuǎn)動，由于絲桿10轉(zhuǎn)動自由度被約束，螺母套9轉(zhuǎn)動的同時(shí)也與絲桿發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，螺母套9通過接桿帶動刀盤12旋進(jìn)或旋退。
[0005]本發(fā)明的有益成果是，可以在一套試驗(yàn)裝置中同時(shí)精細(xì)模擬盾構(gòu)隧道開挖過程中的刀盤的進(jìn)退、旋轉(zhuǎn)和旋進(jìn)/旋退等工況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1是刀盤在最右位置時(shí)整體裝配平面圖。
[0007]圖2是刀盤在最左位置時(shí)整體裝配平面圖。
[0008]圖3是慢進(jìn)慢退工況平面圖。
[0009]圖4是慢進(jìn)慢退工況立體圖。
[0010]圖5是旋轉(zhuǎn)工況平面圖。
[0011]圖6是旋轉(zhuǎn)工況立體圖。
[0012]圖7是旋進(jìn)/旋退工況立體圖。
[0013]圖8是螺母套與接桿連接立體圖。
[0014]圖9是刀盤土壓力傳感器和截齒布置圖。
[0015]圖中標(biāo)號:1.手輪，2.減速器(NRV63，i=10)，3.第一齒輪，4.滑軸，5.滑軸座，
6.第二齒輪，7.螺母座，8.轉(zhuǎn)套，9.螺母套，10.絲桿，11.接桿，12.刀盤，13.第三齒輪，14.絲桿軸座，15.松緊螺絲，16.搖把，17.土壓力傳感器，18.截齒。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0017]實(shí)施例1:在圖1中，刀盤12、接桿11和螺母套9處在最右位置處，此時(shí)第一齒輪3與第二齒輪6和第三齒輪13脫離，搖把16與絲桿10相連，松開松緊螺絲15，轉(zhuǎn)動搖把16，由于螺母座7與轉(zhuǎn)套8外側(cè)的靜摩擦力矩大于絲桿10與螺母套9內(nèi)側(cè)的動摩擦力矩，轉(zhuǎn)套8與螺母套9不發(fā)生轉(zhuǎn)動，絲桿10與螺母套9沿著螺紋發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，同時(shí)發(fā)生軸向相對運(yùn)動，由于絲桿10軸向位移被約束，因此螺母套9向左移動，同時(shí)帶動接桿11和刀盤12向左移動，直到最左位置處，見圖2。反向轉(zhuǎn)動搖把16，刀盤12從最左位置移動到最右位置，實(shí)現(xiàn)了刀盤12的快進(jìn)快退。
[0018]在圖3和圖4中，在滑軸4上移動第一齒輪3，使其與第三齒輪13咬合，松開松緊螺絲15，轉(zhuǎn)動手輪I，經(jīng)過減速器2，所述減速器2采用NRV63，i=102，第一齒輪3轉(zhuǎn)速為手輪I轉(zhuǎn)速的0.1倍，第一齒輪3同時(shí)帶動第三齒輪13轉(zhuǎn)動，第三齒輪13帶動絲桿10轉(zhuǎn)動，絲桿10與螺母套9發(fā)生軸向相對移動。正向或者反向轉(zhuǎn)動手輪1，可以實(shí)現(xiàn)刀盤12的慢進(jìn)或慢退。
[0019]在圖5和圖6中，在滑軸4上移動第一齒輪3，使其與第二齒輪6咬合，松開松緊螺絲15，轉(zhuǎn)動手輪I，第一齒輪3帶動第二齒輪6轉(zhuǎn)動，第二齒輪6帶動轉(zhuǎn)套8轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)套8帶動螺母套9轉(zhuǎn)動，由于絲桿10與螺母套9內(nèi)側(cè)的靜摩擦力矩大于絲桿10受到絲桿軸座14作用的動摩擦力矩，此時(shí)絲桿10會隨著螺母套9發(fā)生轉(zhuǎn)動，即絲桿10與螺母套9不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，故螺母套9、接桿11和刀盤12不發(fā)生軸向移動，實(shí)現(xiàn)了刀盤12的旋轉(zhuǎn)。
[0020]在圖7和圖8中，在滑軸4上移動第一齒輪3，使其與第二齒輪6咬合，擰緊松緊螺絲15，轉(zhuǎn)動手輪I，第一齒輪3帶動第二齒輪6轉(zhuǎn)動，第二齒輪6帶動轉(zhuǎn)套8轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)套8帶動螺母套9轉(zhuǎn)動，由于絲桿10轉(zhuǎn)動自由度被松緊螺絲15鎖死，絲桿10與螺母套9發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，螺母套9、接桿11和刀盤I此時(shí)既發(fā)生轉(zhuǎn)動又發(fā)生軸向移動，實(shí)現(xiàn)了刀盤12的旋進(jìn)或旋退。
[0021]如圖9所示，所述刀盤12由Q235剛制成，直徑為300mm，分別在半徑為65mm和125mm圓的象限點(diǎn)位置處開挖直徑為30mm的小孔，用于放置土壓力傳感器17 (直徑30mm，厚度15mm)，并在刀盤12前表面相應(yīng)位置布置截齒18(高10mm)。直接轉(zhuǎn)動搖把16，帶動絲桿10旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)套8與螺母套9的相對轉(zhuǎn)動由鍵鎖死，二者只能發(fā)生軸向相對滑動，并且螺母座7作用在轉(zhuǎn)套8外側(cè)的靜摩擦力矩大于絲桿10作用在螺母套9內(nèi)側(cè)的滑動摩擦力矩，因此套在絲桿10外側(cè)的螺母套9以及轉(zhuǎn)套8相對于螺母座7靜止，而絲桿10與螺母套9產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，由于絲桿10外側(cè)螺紋與螺母套9內(nèi)側(cè)螺紋咬合，因此絲桿10與螺母套9產(chǎn)生軸向相對位移，由于絲桿10軸向位移鎖死，螺母套9帶動接桿11以及刀盤12快速進(jìn)退。由于絲桿10螺紋間距為3mm，因此搖把16每轉(zhuǎn)一圈刀盤12前進(jìn)或后退3mm，并且位移精度可達(dá)0.05mm級。如果將第一齒輪3卡在第二齒輪6上，轉(zhuǎn)動手輪1，由于手輪I連接1/10減速器2，減速器2輸出的轉(zhuǎn)速(第一齒輪3和第二齒輪5的轉(zhuǎn)速)為手輪I轉(zhuǎn)速的1/10，故絲桿10轉(zhuǎn)速也為手輪I轉(zhuǎn)速的1/10,手輪I每轉(zhuǎn)一圈，刀盤12前進(jìn)或后退0.3mm,精度同樣可達(dá)0.05mm，實(shí)現(xiàn)了刀盤的慢進(jìn)慢退。如果將第一齒輪3卡在第三齒輪13上，轉(zhuǎn)動手輪1，滑軸4轉(zhuǎn)動帶動第一齒輪3和第三齒輪13轉(zhuǎn)動，由于第三齒輪13和轉(zhuǎn)套8相互嵌套，此時(shí)轉(zhuǎn)套8也隨之轉(zhuǎn)動，如前所述，轉(zhuǎn)套8也會帶動螺母套9轉(zhuǎn)動，由于軸承作用在絲桿10上的滑動摩擦力矩小于螺母套9作用在絲桿10上的靜摩擦力矩，故絲桿10也隨著螺母套9轉(zhuǎn)動，第三齒輪13、轉(zhuǎn)套8、螺母套9、接桿11、刀盤12和絲桿10整體相對靜止，刀盤12實(shí)現(xiàn)原位旋轉(zhuǎn)。如果將第一齒輪3卡在第三齒輪13上，并且旋緊調(diào)節(jié)松緊螺絲15，此時(shí)第三齒輪13、轉(zhuǎn)套8和螺母套9相對靜止，但是整體與絲桿10相對轉(zhuǎn)動，螺母套9與絲桿10產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動和軸向相對移動，此時(shí)刀盤12發(fā)生旋進(jìn)或旋退。
【權(quán)利要求】
1.盾構(gòu)掌子面開挖穩(wěn)定性精細(xì)模擬試驗(yàn)裝置，由手輪(1)、減速器(2)、第一齒輪(3)、滑軸⑷、滑軸座(5)、第二齒輪(6)、螺母座(7)、轉(zhuǎn)套(8)、螺母套(9)、絲桿(10)、接桿(11)、刀盤(12)、第三齒輪(13)、絲桿軸座(14)、松緊螺絲(15)、搖把(16)、土壓力傳感器(17)和截齒(18)組成，其特征在于: 刀盤(12)前表面開挖有小孔，用于放置土壓力傳感器(17)，并在刀盤(12)前表面均勻布置有截齒(18);接桿(11)為中部空心結(jié)構(gòu)，其一端固定于刀盤(12)上，另一端連接螺母套(9)，絲桿(10)插入螺母套(9)和接桿(11)內(nèi)部組成的空心部位，絲桿(10)的外螺紋與螺母套(9)的內(nèi)螺紋咬合，使絲桿(10)能在所述空心部位來回移動；絲桿(10)上設(shè)有第三齒輪(13)，且第三齒輪(13)位于螺母套(9)外，絲桿(10)另一側(cè)通過松緊螺絲(15)固定在絲桿軸座(14)上，絲桿(10)端部連接搖把(16);螺母套(9)外壁上套有轉(zhuǎn)套(8)，所述轉(zhuǎn)套(8)上套有第二齒輪(6)和螺母座(7);所述手輪(1)連接減速器(2)，另一端連接滑軸(4)，滑軸(4)上套有第一齒輪(3)，第一齒輪(3)能在滑軸(4)上來回移動，滑軸(4)另一端固定在滑軸座(5)上；使用時(shí)，第二齒輪(6)和第三齒輪(13)分別能與第一齒輪(3)相咬合； 轉(zhuǎn)動搖把(16)，帶動絲桿(10)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)套(8)與螺母套(9)的相對轉(zhuǎn)動由鍵鎖死，二者只能發(fā)生軸向相對滑動，絲桿(10)與螺母套(9)產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，由于絲桿(10)軸向位移鎖死，螺母套(9)帶動接桿(11)以及刀盤(12)完成快速進(jìn)退；當(dāng)?shù)谝积X輪(3)卡在第二齒輪(6)上，轉(zhuǎn)動手輪(1)，減速器(2)減速，使絲桿(10)轉(zhuǎn)速降低，絲桿(10)與螺母套(9)相對轉(zhuǎn)動速度較慢，螺母套(9)通過接桿(11)帶動刀盤(12)，實(shí)現(xiàn)刀盤(12)的慢進(jìn)慢退；當(dāng)?shù)谝积X輪(3)卡在第三齒輪(13)上，轉(zhuǎn)動手輪(1)，滑軸(4)轉(zhuǎn)動帶動第一齒輪(3)和第三齒輪(13)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)套(8)帶動螺母套(9)轉(zhuǎn)動，由于軸承作用在絲桿(10)上的滑動摩擦力矩小于螺母套(9)作用在絲桿(10)上的靜摩擦力矩，故絲桿(10)也隨著螺母套(9)轉(zhuǎn)動；當(dāng)擰緊絲桿(10)上的松緊螺絲(15)，轉(zhuǎn)動手輪(1)，轉(zhuǎn)套(8)帶動螺母套(9)轉(zhuǎn)動，由于絲桿(10)轉(zhuǎn)動自由度被約束，螺母套(9)轉(zhuǎn)動的同時(shí)也與絲桿發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，螺母套(9)通過接桿帶動刀盤(12)旋進(jìn)或旋退。
【文檔編號】G01M99/00GK103868749SQ201410097882
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】薛亞東, 楊文亮, 葛嘉誠 申請人:同濟(jì)大學(xué)