[发明专利]面向复杂变载荷的掘进机顺应性设计实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域的装置，具体是一种面向复杂变载荷的掘进机顺应性设计实验装置。

背景技术

在实际工况中，盾构掘进机在掘进过程中地质层会发生突变。突发的地质变化，容易造成掘进机堵转、伺服电机轴断裂等现象，为避免盾构掘进机在面对突发地质条件变化的掘进过程中发生如上工况，就必须研究其力传递特性，进行盾构掘进顺应性设计，制定顺应性方案。

要对盾构掘进机进行顺应性设计，首先要对其掘进过程进行模拟还原。如要研究盾构掘进机在掘进过程中的力传递特性，进行顺应性设计，就必须监测其在不同地质条件下，以及在地质发生突变时，各个推进缸的压力曲线，刀盘伺服电机的转速等。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种掘进机顺应性设计实验装置，并与相关的计算机仿真技术结合，对盾构掘进机掘进顺应性进行研究。

发明内容

为实现通过对不同地质条件下，大型掘进装备的工况进行模拟，对掘进过程中的力传递特性做定性的分析，验证掘进机的顺应性设计方案合理性，本发明提供了一种面向复杂变载荷的掘进机顺应性设计实验装置，包括：实验台支撑机构、盾模拟推进机构、盾模拟支撑机构、载荷模拟机构和控制系统；其中，所述实验台支撑机构分别与所述盾模拟推进机构和所述载荷模拟机构铰接，所述盾模拟推进机构与所述控制系统连接，所述盾模拟推进机构与所述盾模拟支撑机构活动连接；所述盾模拟推进机构包括：多个直线式电动缸组件、多个第一伺服电机、模拟刀盘组件、推力止推轴承和多块模拟摩擦片；其中，所述模拟刀盘组件分别与所述多个直线式电动缸组件和所述盾模拟支撑机构活动连接，所述多个直线式电动缸组件与所述实验台支撑机构铰接，所述多个直线式电动缸组件和所述多个第一伺服电机均与所述控制系统连接，所述多个第一伺服电机与所述模拟刀盘组件连接且与所述多个直线式电动缸组件设置于所述模拟刀盘组件的同一侧，所述推力止推轴承分别与所述模拟刀盘组件和所述多块模拟摩擦片连接；所述载荷模拟机构采用六自由度6-6SPS型Stewart平台机构，包括折线式电动缸组件、动平台和载荷摩擦片；其中，所述折线式电动缸组件分别与所述动平台和所述实验台支撑机构的第一侧板铰接，所述载荷摩擦片通过固定沉头螺栓连接于所述动平台的表面。

较佳地，本发明的掘进机顺应性设计实验装置中，所述直线式电动缸组件包括：第一力传感器和直线式电动推进缸，其中，所述第一力传感器与所述直线式电动推进缸连接，所述第一力传感器与对应于所述模拟刀盘组件的球面支撑座活动连接，所述直线式电动推进缸与所述实验台支撑机构的所述第二侧板铰接，采用16轴控制器与所述控制系统连接；所述第一力传感器上设有球面支撑件，该球面支撑件设置于所述模拟刀盘组件的所述球面支撑座内。

较佳地，本发明的掘进机顺应性设计实验装置中，所述模拟刀盘组件包括：盘体、多个所述球面支撑座和活动销，其中：多个所述球面支撑座与所述盘体的一侧活动连接，多个所述球面支撑座内分别与对应的所述直线式电动缸组件的所述力传感器连接，所述活动销通过螺栓与所述实验台支撑机构的两个所述托盘连接；其中，所述盘体由双层刀盘、单排的所述推力止推轴承、摩擦片背板和多个所述模拟摩擦片组成；刀盘右端盘面用以安装所述盾模拟推进机构，左端盘面安装单排推力止推轴承与回转系统，上端与所述实验台支撑机构的所述连接托盘相连，下端放置于所述盾模拟支撑机构的所述盘体支撑底座上并通过螺栓连接；所述单排推力止推轴承一端固定在刀盘左端盘面，另一端连接所述摩擦片背板，多个所述模拟摩擦片通过螺栓连接在所述摩擦片背板上，所述盘体通过下端与之连接的所述盘体支撑底座实现其左右摆动、前后移动、上下方向的俯仰和倾翻等运动。进一步地，所述回转系统包括4个电机和4个减速机，所述电机和所述减速机的安装位置非均匀布置在所述盘体上，还包括两个电机驱动减速机，通过齿轮啮合驱动盘片上的单排推力止推轴承，电机位置可以改变，或扩展为四个电机同步驱动。

所述载荷摩擦片的布置与所述模拟摩擦片的布置相同，分为4块在所述动平台表面呈圆环状分布，每片摩擦片的圆弧角度为90度，不同摩擦片摩擦系数不同，以模拟复合地质条件。

较佳地，本发明的掘进机顺应性设计实验装置中，所述折线式电动缸组件包括：折线式电动推进缸和第二力传感器，其中：折线式电动推进缸与第二传感器连接，折线式电动推进缸和力传感器分别与实验台支撑机构的第一侧板和动平台铰接。