一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置的制作方法

本发明涉及隧道工程机械领域，具体为一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置。

背景技术：

1、在地下工程中，隧道的建设是一项复杂而具有挑战性的任务。隧道掘进机作为一种高效的地下施工设备，在隧道开挖中扮演着重要的角色。然而，隧道掘进过程中常常会面临各种困难和挑战，其中之一就是掘进机卡机的问题。

2、卡机是指在掘进过程中，由于围岩条件变化、设备故障等原因导致掘进机无法继续推进或回收的情况。掘进机卡机不仅会造成施工进度延误，还可能引发安全事故，对工程造成严重影响。因此，预防和解决掘进机卡机问题对于地下工程的顺利进行至关重要。

3、目前，掘进机卡机的预警参数与掘进机的直径等因素相关，如扭矩推力比等。然而，不同直径下围岩卡机时的掘进机扭矩推力比数据却缺乏有效的获取途径。因此，有必要研制一种能够模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，以获取不同直径掘进机的卡机规律，从而为掘进机施工提供更加可靠的预警参数和施工建议。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，以解决现有技术中的问题。该装置通过模拟不同地质条件下的掘进过程，采集掘进机的各项控制参数，从而分析掘进机卡机的规律。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，其特征在于，包括固定架，所述的固定架的底部固定设置有岩箱，所述的岩箱的内部设置有分层模拟物质，所述的固定架的顶部固定设置有液压缸，液压缸下部的输出端固定设置有移动板，所述的移动板的底部设置有固定轴，所述的固定轴上固定设置有可变直径筒体，所述的可变直径筒体的下端转动设置有刀盘，所述的刀盘与固定在可变直径筒体的传动电机进行传动连接，所述的刀盘上和可变直径筒体的内部设置有传感器，所述的传感器与数据采集系统进行连接，所述的数据采集系统和传感器分别与控制系统进行连接。

4、优选的技术方案，所述的分层模拟物质中第一层为表层模拟物质，所述的分层模拟物质中第二层为软土模拟层，分层模拟物质中第三层为岩石模拟层，分层模拟物质中第四层为硬岩模拟层，分层模拟物质中第五层为基底模拟层。

5、优选的技术方案，所述的可变直径筒体包括固定设置在固定轴上的内部筒体，所述的固定轴的上端且位于内部筒体的外端侧转动设置有转动盘，所述的转动盘上均匀设置有多个弧形滑槽，所述的弧形滑槽的内部均滑动设置有滑杆，每个滑杆固定设置在一个滑块上，所述的内部筒体的上端侧设置有与滑块相配合的滑槽，所述的滑块的外端侧延伸到内部筒体的外侧且固定设置有外部筒板，所述的外部筒板的内外表面为弧形面。

6、优选的技术方案，所述的转动盘的外端侧固定设置有调节齿轮，所述的调节齿轮与带有变速箱的调解电机传动连接，所述的调解电机固定设置在移动板上。

7、优选的技术方案，所述的固定架上且位于岩箱的上端固定设置有围板，所述的可变直径筒体和移动板位于围板的内部，所述的移动板的外边侧与围板的内壁滑动配合。

8、优选的技术方案，所述的传感器包括压力传感器、速度传感器、转速传感器、位移传感器和温度传感器中的一种或者多种。

9、优选的技术方案，所述的压力传感器安装在刀盘上以及可变直径筒体的侧壁或者底部，所述的速度传感器安装在刀盘的轴承上或刀盘的表面，所述的转速传感器安装在传动电动机或刀盘的转动轴，所述的位移传感器安装在可变直径筒体的表面或刀盘上，所述的温度传感器安装在传动电机、刀盘或可变直径筒体上。

10、优选的技术方案，所述的岩箱为筒状结构，岩箱的侧部下方设置有开口，所述的开口上设置有与岩箱铰接的门板，所述的门板的内侧设置有密封板，门板与岩箱之间设置有可以开合的锁扣。

11、优选的技术方案，所述的固定架包括位于底部的固定底板，所述的固定底板通过紧固机构固定在地面上。

12、优选的技术方案，所述的移动板的上侧设置有导向杆，所述的导向杆与固定架的顶部进行滑动连接。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明可模拟不同地层条件下不同直径掘进机的卡机情况，为掘进机施工提供更精确的预警参数，可以进行多次实验，有效提高掘进机的施工效率和安全性，数据采集系统能够实时监测掘进过程中的各项参数，为工程人员提供及时反馈和分析，分析掘进机卡机的规律。

技术特征：

1.一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，其特征在于，包括固定架(1)，所述的固定架(1)的底部固定设置有岩箱(2)，所述的岩箱(2)的内部设置有分层模拟物质(3)，所述的固定架(1)的顶部固定设置有液压缸(4)，液压缸(4)下部的输出端固定设置有移动板(5)，所述的移动板(5)的底部设置有固定轴(6)，所述的固定轴(6)上固定设置有可变直径筒体(7)，所述的可变直径筒体(7)的下端转动设置有刀盘(8)，所述的刀盘(8)与固定在可变直径筒体(7)的传动电机进行传动连接，所述的刀盘(8)上和可变直径筒体(7)的内部设置有传感器，所述的传感器与数据采集系统进行连接，所述的数据采集系统和传感器分别与控制系统进行连接。

2.根据权利要求1所述一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，其特征在于：所述的分层模拟物质(3)中第一层为表层模拟物质(31)，所述的分层模拟物质(3)中第二层为软土模拟层(32)，分层模拟物质(3)中第三层为岩石模拟层(33)，分层模拟物质(3)中第四层为硬岩模拟层(34)，分层模拟物质(3)中第五层为基底模拟层(35)。

3.根据权利要求1所述一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，其特征在于：所述的可变直径筒体(7)包括固定设置在固定轴(6)上的内部筒体(71)，所述的固定轴(6)的上端且位于内部筒体(71)的外端侧转动设置有转动盘(72)，所述的转动盘(72)上均匀设置有多个弧形滑槽(73)，所述的弧形滑槽(73)的内部均滑动设置有滑杆(74)，每个滑杆(74)固定设置在一个滑块(75)上，所述的内部筒体(71)的上端侧设置有与滑块(75)相配合的滑槽(76)，所述的滑块(75)的外端侧延伸到内部筒体(71)的外侧且固定设置有外部筒板(77)，所述的外部筒板(77)的内外表面为弧形面。

4.根据权利要求3所述一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，其特征在于：所述的转动盘(72)的外端侧固定设置有调节齿轮(10)，所述的调节齿轮(10)与带有变速箱的调解电机(12)传动连接，所述的调解电机(12)固定设置在移动板(5)上。

5.根据权利要求1-5任一所述一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，其特征在于：所述的固定架(1)上且位于岩箱(2)的上端固定设置有围板(13)，所述的可变直径筒体(7)和移动板(5)位于围板(13)的内部，所述的移动板(5)的外边侧与围板(13)的内壁滑动配合。

6.根据权利要求1所述一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，其特征在于：所述的传感器包括压力传感器、速度传感器、转速传感器、位移传感器和温度传感器中的一种或者多种。

7.根据权利要求6所述一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，其特征在于：所述的压力传感器安装在刀盘(8)上以及可变直径筒体(7)的侧壁或者底部，所述的速度传感器安装在刀盘(8)的轴承上或刀盘(8)的表面，所述的转速传感器安装在传动电动机或刀盘(8)的转动轴，所述的位移传感器安装在可变直径筒体(7)的表面或刀盘(8)上，所述的温度传感器安装在传动电机、刀盘(8)或可变直径筒体(7)上。

8.根据权利要求1所述一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，其特征在于：所述的岩箱(2)为筒状结构，岩箱(2)的侧部下方设置有开口(21)，所述的开口(21)上设置有与岩箱(2)铰接的门板(22)，所述的门板(22)的内侧设置有密封板(23)，门板(22)与岩箱(2)之间设置有可以开合的锁扣(24)。

9.根据权利要求1所述一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，其特征在于：所述的固定架(1)包括位于底部的固定底板(11)，所述的固定底板(11)通过紧固机构固定在地面上。

10.根据权利要求1所述一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，其特征在于：所述的移动板(5)的上侧设置有导向杆(9)，所述的导向杆(9)与固定架(1)的顶部进行滑动连接。

技术总结一种可模拟不同地层下不同直径隧道掘进机卡机的实验装置，涉及隧道工程机械领域，包括固定架，固定架的底部固定设置有岩箱，岩箱的内部设置有分层模拟物质，固定架的顶部固定设置有液压缸，液压缸下部的输出端固定设置有移动板，移动板的底部设置有固定轴，固定轴上固定设置有可变直径筒体，可变直径筒体的下端转动设置有刀盘，刀盘与固定在可变直径筒体的传动电机进行传动连接，刀盘上和可变直径筒体的内部设置有传感器，传感器与数据采集系统进行连接，数据采集系统和传感器分别与控制系统进行连接。本发明可模拟不同地层条件下不同直径掘进机的卡机情况，为掘进机施工提供更精确的预警参数，有效提高掘进机的施工效率和安全性。技术研发人员：郭卫社,郑全宜,龙道选,裴超,韩亮,冯欢欢,杜发平,何岳,刘艳萍,马经哲,梁富尊,李斌,谢柄峰,梁成全受保护的技术使用者：中铁隧道局集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/21