[发明专利]一种用于模型试验的精确自动开挖装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模型试验装置，尤其是一种地下工程模型试验精确控制掘 进深度和洞型的用于模型试验的精确自动开挖装置。

背景技术

随着我国社会经济的发展和交通事业的腾飞，地下空间的开发利用越来越 体现出巨大经济效益和社会效益。随着地下工程建设数量的不断增加，规模不 断增大，范围不断拓展，工程建设的难度也不断增加。对地下工程建设、运营 规律的研究已经成为热点，科学工作者也正通过各种研究手段对地下工程设计、 施工和运营规律进行探索，其中，通过地下工程模型试验对地下工程进行仿真 模拟，是一种行之有效的方法。

模型试验是根据相似理论，将实际工程转换为室内模型进行试验模拟的。 这对模型试验的精度要求较高，因为模型试验中较小的误差就会造成与实际工 程很大的偏差。但现在的地下工程模型试验中存在明显的弱点，模型试验中地 下洞室的开挖仍然采用手动开挖的方式，每一循环的掘进深度难以精确控制， 存在明显的超欠挖现象，实际开挖洞型和洞室走向与设计存在较大偏差，与实 际工程的开挖工艺差距较大；同时，手动开挖难以模拟实际工程机械自动开挖 的过程，并且手动开挖过程中对模型体产生很多认为扰动，对试验数据的监测 影响较大。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有模型试验开挖技术的不足，提供一种用于 模型试验的精确自动开挖装置，它结构简单，使用方便，可用于地下工程模型 试验中精确控制掘进深度和洞型，有利于提高模型试验与实际工程的相似性， 同时实现模型试验开挖过程的自动化，模拟实际工程中机械自动开挖的过程， 减少手动开挖对模型体人为扰动的影响，使模型试验的监测数据更加准确，试 验中反应的规律与实际工程更加接近。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于模型试验的精确自动开挖装置，它包括正面和周边同时切削低强 度相似材料的刀具，刀具通过传动杆与动力系统连接；在刀具的后方、传动杆 的前部还设有洞型控制装置，洞型控制装置上设有弧形的带有齿边的刀具运动 轨道，传动杆设置在刀具运动轨道内，并通过齿轮与刀具运动轨道的内齿边啮 合，齿轮还与传动杆外套的套管连接，套管上设有刻度，套管后部安装入进尺 定位环；同时套管末端还安装控制刀具转速的刀具转动控制手柄。

所述刀具为十字形，正面和周边都开刃。

所述的刀具与洞型控制装置之间根据每一循环掘进深度的不同设置相应的 间距。

所述洞型控制装置的形状与地下洞室的形状相同，包括依次相互固连的洞 形控制盘钢板I、洞形控制盘钢板III和洞形控制盘钢板II，其中洞形控制盘钢板 III被固定夹持在中间；在三者上均开设刀具运动轨道，在洞形控制盘钢板III内 壁设有内齿边，使齿轮带动刀具只能沿环向运动。

所述刀具运动轨道的位置与刀具的尺寸保证刀具沿轨道转动一周后，刀具 开挖面积覆盖整个开挖范围，且不出现超欠挖。

所述的传动杆和套管都采用拼接的多段式结构，根据开挖位置的变化，随 时接长或减短。

所述动力系统为小型风动机。

本发明中的风动机为现有成熟技术，在此不再赘述。

本发明按照实际工程的开挖断面形状，按照相似理论，确定洞型控制盘的 形状和尺寸，通过计算确定在洞型控制盘上的合适位置设置刀具运行轨道和刀 具尺寸，保证刀具沿轨道运行一周后，刀具能覆盖开挖断面的全部面积，且不 会出现超挖。套筒上刻有尺度，结合进尺定位环来精确控制每一循环的掘进深 度。通过小型风动机为刀具提供转动的动力，实现开挖过程的自动化。

本发明开发了一种地下工程模型试验中精确自动开挖地下洞室的工具，解 决了模型试验中地下洞室在开挖过程中洞型和掘进深度难以精确控制的问题， 同时实现了模型试验中地下洞室开挖过程的自动化。将精确自动开挖装置应用 于模型试验中，与前人研究相比，实现了模型试验地下洞室开挖过程的自动化， 减少了模型试验传统的手动开挖对模型体的人为扰动，得到的试验成果与实际 工程更加接近。

本发明解决了模型试验中地下洞室在开挖过程中洞型和掘进深度难以精确 控制的问题，实现自动化开挖，具有以下优点：

1、能够精确控制地下工程模型试验的开挖洞型，开挖过程中的洞型由洞型 控制盘精确控制，保证开挖过程的洞室轮廓与设计形状相同；