CN103575522A - 隧道全断面掘进机刀盘模拟加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道全断面掘进机刀盘模拟加载装置。装在刀盘中心的刀盘输出轴通过第一联轴器与增速器输入轴连接,增速器输出轴通过第二联轴器与负载泵输入轴连接,负载泵的出口接比例溢流阀,比例溢流阀出口接油箱;增速器与增速器安装板上端面连接,负载泵与负载泵安装支架连接,负载泵安装支架与增速器安装板上端面连接,增速器安装板下底面与一对导轨的滑块连接,导轨安装在盾体支护装置上,刀盘支撑在盾体的端面。刀盘输出轴通过增速器与负载泵连接,实现极大扭矩(≥160KN.m)的加载;通过调节比例溢流阀的工作压力或负载泵的排量,可以得到期望的负载特性,模拟实际TBM掘进载荷;整套模拟加载装置安装在导轨上跟随刀盘移动。
Description
技术领域
本发明涉及加载装置,尤其是涉及一种隧道全断面掘进机刀盘模拟加载装置。
背景技术
隧道全断面掘进机(Tunnel Boring Machine),简称TBM,是集机械、电气、液压、测量、控制等多学科技术于一体,专用于地下隧道工程施工的技术密集型工程装备。TBM集掘进、出渣、初期支护、通风除尘于一体,以掘进速度快、施工质量稳定、安全作业条件好、对生态环境影响小的优势,在国内外隧道工程建设中得到广泛应用。
TBM不同于其它工程机械,它具有“量体裁衣”的针对性,需要针对隧道工程的地层地质及其它要求进行设计制造,适应性的设计方法和技术在盾构的发展中显得格外重要。因为隧道岩土工程的复杂性和现有数学计算的局限性,物理模拟试验成了盾构设计和关键技术进步的基础。
TBM在施工过程中,经常出现由于围岩的快速收缩变形,导致TBM被困的情形。若处理方法不得当,解困不及时,TBM机身在长期受力的情况下,必然会变形、受损,从而造成重大经济损失,也会给以后的工作带来巨大的困难。因此,在TBM实验台的建造过程中,必须开展TBM刀盘驱动以及脱困的研究。为了真实地模拟TBM掘进实际工况,必须设计TBM实验台刀盘反扭矩加载***。该装置必须能够对低速旋转的刀盘(1-8r/min)施加极大反扭矩(≥160KN.m),并且能够跟随刀盘一起移动。
经过对现有技术的文献检索发现,目前在旋转运动中采用的扭矩加载方式主要有以下几种:机械式扭矩加载器,磁粉制动加载器,电液式加载器。机械式扭矩加载器结构简单,但不能实现连续变化的载荷谱;磁粉制动加载器根据电磁学原理制造,加载平稳、无噪音,但加载精度不高,不能实现正反向快速加载;电液式加载器可以实现扭矩连续加载,输出负载力矩大,但成本较高,且由于加载对象的主动运动,对加载***造成较强的位置干扰。
中国专利文件ZL200910083688提出一种液压泵扭矩加载***,该***为液压泵出口处的比例溢流阀提供一路控制油源,能够为低转速或者零转速的液压泵进行扭矩加载。但是该***不能为大功率的TBM实验台实现加载,根据该专利中提供的公式:
其中w是被加载旋转机构也是负载泵的转速,η是机械传动效率,q为液压泵的排量,P是液压泵出口压力,N是加载扭矩。当被加载旋转机构直接与负载泵连接时,所添加的扭矩负载不能满足TBM实验台的要求。中国专利文件ZL200810106139设计了一种用于盾构掘进模拟的扭矩和力加载装置,该装置采用机械加载的方式,能够施加的扭矩较小,并且不能满足TBM刀盘移动这一要求。
综上所述目前还没有一种专门用于TBM实验台的刀盘反扭矩加载装置,现有的扭矩加载装置或者施加的反扭矩较小,或者不能够跟随TBM刀盘移动,因而无法得到期望的负载特性,不能模拟实际TBM掘进载荷。
发明内容
本发明的目的在于提出一种隧道全断面掘进机刀盘模拟加载装置,刀盘输出轴通过增速器与负载泵连接,因而可以实现极大扭矩的加载;通过调节比例溢流阀的工作压力或负载泵的排量,可以得到期望的负载特性,模拟实际TBM掘进载荷;整套扭矩加载装置安装在导轨上,因而可以跟随刀盘移动。
本发明采用的技术方案是:
本发明包括刀盘输出轴、第一联轴器、增速器、第二联轴器、比例溢流阀、负载泵安装支架、负载泵、增速器安装板、一对导轨和盾体支护装置;装在刀盘中心的刀盘输出轴通过第一联轴器与增速器输入轴连接,增速器输出轴通过第二联轴器与负载泵输入轴连接,负载泵的出口接比例溢流阀,比例溢流阀出口接油箱;增速器与增速器安装板上端面连接,负载泵与负载泵安装支架连接,负载泵安装支架与增速器安装板上端面连接,增速器安装板下底面与一对导轨的滑块连接,导轨安装在盾体支护装置上,刀盘支撑在盾体的端面。
所述第一联轴器为十字轴式万向联轴器;第二联轴器为刚性联轴器。
所述一对导轨为直线导轨或弧形导轨。
所述负载泵为变量泵。
本发明具有的有益效果是:
刀盘输出轴通过增速器与负载泵连接,因而可以实现极大扭矩(≥160KN.m)的加载;通过调节比例溢流阀的工作压力或负载泵的排量,可以得到期望的负载特性,模拟实际TBM掘进载荷;整套模拟加载装置安装在导轨上,因而可以跟随刀盘移动。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的等轴侧视图。
图中:1、刀盘输出轴,2、第一联轴器,3、增速器,4、第二联轴器,5、负载泵安装支架,6、负载泵,7、盾体支护装置,8、一对导轨,9、增速器安装板,10、刀盘,11、盾体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
如图1、图2所示,本发明包括刀盘输出轴1、第一联轴器2、增速器3、第二联轴器4、比例溢流阀、负载泵安装支架5、负载泵6、增速器安装板9、一对导轨8和盾体支护装置7。装在刀盘10中心的刀盘输出轴1通过第一联轴器2与增速器3输入轴连接,刀盘转速经过增速器3后获得提升,因而可以实现极大扭矩的加载。增速器3输出轴通过第二联轴器4与负载泵6输入轴连接,负载泵6的出口接比例溢流阀,比例溢流阀出口接油箱;增速器3通过螺栓与增速器安装板9上端面连接,负载泵6通过螺栓与负载泵安装支架5连接,负载泵安装支架5通过螺栓与增速器安装板9上端面连接,增速器安装板9下底面通过螺栓与一对导轨8的滑块连接,一对导轨8安装在盾体支护装置7上,刀盘10支撑在盾体11的端面。
所述第一联轴器2为十字轴式万向联轴器,可以在刀盘进行姿态调整时实现扭矩的加载;第二联轴器4为刚性联轴器。
所述一对导轨8为直线导轨或弧形导轨。整套模拟加载装置安装在导轨上,可以在跟随刀盘运动的同时实现扭矩的加载;通过更换不同形式的导轨8,比如直线导轨和弧形导轨,可以分别在TBM直线和曲线掘进模式下实现扭矩的加载。
所述负载泵6为变量泵,通过改变泵的排量,可以改变反扭矩的大小。通过设定溢流阀的工作压力,可以设定施加在TBM刀盘10上的反扭矩;改变溢流阀的工作压力,可以改变反扭矩的大小。
本发明的工作原理如下:
将各个部件按照图1、图2的关系连接后,调定比例溢流阀的工作压力和负载泵5的排量,这样便设定了反扭矩的大小。接下来启动TBM实验台,刀盘输出轴通过增速器带动负载泵。在推进***的作用下TBM实验台沿着盾体支护装置移动,同时承受加载装置施加的反扭矩。通过调节比例溢流阀的工作压力或负载泵的排量,可以改变反扭矩的大小,从而模拟TBM在不同地形中的掘进工况。
假设TBM刀盘转速为ω1,作用在TBM刀盘上的扭矩为T,增速器3增速比为n,负载泵5的排量为V,负载泵5的出口压力为p,负载泵5的转速为ω2,η为机械传动效率,则根据能量传递规律:
T×ω1×η=ω2×V×p
Claims (4)
1.一种隧道全断面掘进机刀盘模拟加载装置,其特征在于:包括刀盘输出轴(1)、第一联轴器(2)、增速器(3)、第二联轴器(4)、比例溢流阀、负载泵安装支架(5)、负载泵(6)、增速器安装板(9)、一对导轨(8)和盾体支护装置(7);装在刀盘(10)中心的刀盘输出轴(1)通过第一联轴器(2)与增速器(3)输入轴连接,增速器(3)输出轴通过第二联轴器(4)与负载泵(6)输入轴连接,负载泵(6)的出口接比例溢流阀,比例溢流阀出口接油箱;增速器(3)与增速器安装板(9)上端面连接,负载泵(6)与负载泵安装支架(5)连接,负载泵安装支架(5)与增速器安装板(9)上端面连接,增速器安装板(9)下底面与一对导轨(8)的滑块连接,一对导轨(8)安装在盾体支护装置(7)上,刀盘(10)支撑在盾体(11)的端面。
2.根据权利要求1所述的一种隧道全断面掘进机刀盘模拟加载装置,其特征在于:所述第一联轴器为十字轴式万向联轴器;第二联轴器为刚性联轴器。
3.根据权利要求1所述的一种隧道全断面掘进机刀盘模拟加载装置,其特征在于:所述一对导轨(8)为直线导轨或弧形导轨。
4.根据权利要求1所述的一种隧道全断面掘进机刀盘模拟加载装置,其特征在于:所述负载泵(6)为变量泵。
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