本發(fā)明屬于盾構(gòu)機模擬裝備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬裝置。

背景技術(shù)：

1、研究盾構(gòu)推進技術(shù)離不開實驗的驗證，但由于在真正的盾構(gòu)機上進行實驗操作復雜，而且具有較大的安全隱患，容易對盾構(gòu)機造成損害的同時也容易威脅到操作人員的生命安全，因此使用盾構(gòu)模擬裝置進行試驗驗證更為可行。

2、盾構(gòu)施工模型試驗是研究盾構(gòu)技術(shù)的重要手段，在實驗室進行盾構(gòu)機模型試驗通過模擬盾構(gòu)機的隧道掘進過程，可以對其施工過程進行運動學或力學研究，分析其推進系統(tǒng)中油缸或電缸對盾構(gòu)掘進姿態(tài)的影響。

3、現(xiàn)有的盾構(gòu)機推進系統(tǒng)較復雜，其一般由十數(shù)組液壓缸組成，如果將盾構(gòu)機模型的推進系統(tǒng)也如此設(shè)計，則需要許多液壓缸或電缸，在避免不了高成本的同時還會導致盾構(gòu)模型設(shè)備體積過大，不利于實驗室中實驗測試；而且，現(xiàn)有許多盾構(gòu)機模擬裝置由于只設(shè)計了盾體部分，自身不能直接模擬姿態(tài)變化等工況，因此一般需要再設(shè)計一個實驗平臺，供盾構(gòu)機模擬裝置側(cè)向放置以進行試驗，同樣的，這也會產(chǎn)生占地位置大的問題。還有，已有的一些盾構(gòu)機模擬裝置采用液壓缸組成推進系統(tǒng)，這容易由磨損、溫度等因素產(chǎn)生泄露進而污染環(huán)境、產(chǎn)生安全隱患等問題，而且控制不夠簡單精確。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬裝置，由此解決現(xiàn)有盾構(gòu)模擬裝置設(shè)計復雜，占地大，成本高、系統(tǒng)不夠安全穩(wěn)定的問題的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬裝置，包括：六軸平臺系統(tǒng)及三自由度平臺；

3、所述六軸平臺系統(tǒng)包括圓形蓋板、柱狀外罩、圓盤、六個直連式電動缸及六個撐靴，所述圓形蓋板和圓盤分別固定于所述柱狀外罩的頂面和底面，所述六個直連式電動缸的一端與圓形蓋板的內(nèi)側(cè)面固定連接，且在圓形蓋板上呈圓周六等分均勻布設(shè)，另一端穿過圓盤與六個撐靴一一對應連接，所述六個撐靴組成圓環(huán)置于所述三自由度平臺上；

4、所述三自由度平臺包括上平臺、第一、第二、第三折返式電動缸、中間立柱、旋轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)盤軸承及底支撐座；所述上平臺及旋轉(zhuǎn)臺均為圓柱形，且中心點均與所述圓環(huán)、圓形蓋板及圓盤的圓心在同一豎直線上，所述旋轉(zhuǎn)臺通過同軸心的轉(zhuǎn)盤軸承與所述底支撐座連接；所述中間立柱、第一、第二折返式電動缸均豎直放置于上平臺及旋轉(zhuǎn)臺之間；其中，所述中間立柱的一端通過第一萬向聯(lián)軸器連接于所述上平臺的底面圓心點s處，另一端與所述旋轉(zhuǎn)臺固定連接；所述第一折返式電動缸的兩端分別通過第二、第三萬向聯(lián)軸器與上平臺、旋轉(zhuǎn)臺連接；所述第二折返式電動缸的兩端分別通過第四、第五萬向聯(lián)軸器與上平臺、旋轉(zhuǎn)臺連接；所述第二萬向聯(lián)軸器與上平臺的接觸面的幾何中心點為s1，所述第四萬向聯(lián)軸器與上平臺的接觸面的幾何中心點為s2，s1與s的連線垂直于s2與s的連線。

5、所述第三折返式電動缸水平放置于所述旋轉(zhuǎn)臺上，一端通過虎克鉸鏈與所述旋轉(zhuǎn)臺上的旋轉(zhuǎn)鉸鏈安裝座連接，另一端與尾部旋轉(zhuǎn)鉸鏈安裝座連接，所述尾部旋轉(zhuǎn)鉸鏈安裝座置于所述底支撐座上。

6、按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬方法，應用于如第一方面所述的豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬裝置，包括：

7、控制所述六個直連式電動缸的伸長量以模擬盾構(gòu)機的掘進工況；控制所述第一折返式電動缸的伸長量以模擬盾構(gòu)機的俯仰工況；控制第二折返式電動缸的伸長量以模擬盾構(gòu)機偏航工況；控制所述第三折返式電動缸的伸長量以模擬盾構(gòu)機的橫滾工況。

8、按照本發(fā)明的第三方面，提供了一種豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬方法，應用于如第一方面所述的豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬裝置，包括：

9、控制所述第一折返式電動缸的伸長量，使上平臺發(fā)生旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生角度為-α的俯仰角，同時，控制所述六個直連式電動缸的伸長量，以使所述蓋板在上平臺發(fā)生旋轉(zhuǎn)時仍保持水平，從而模擬盾構(gòu)機的俯仰工況，其中，所述俯仰工況對應的俯仰角為α；

10、控制所述第二折返式電動缸的伸長量，使上平臺發(fā)生旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生角度為-β的偏航角，同時，控制所述六個直連式電動缸的伸長量，以使所述蓋板在上平臺發(fā)生旋轉(zhuǎn)時仍保持水平，從而模擬盾構(gòu)機的偏航工況，其中，所述偏航工況對應的偏航角為β；

11、控制所述第三折返式電動缸的伸長量以模擬盾構(gòu)機的橫滾工況。

12、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

13、本發(fā)明提供的豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬裝置，包括六軸平臺系統(tǒng)和三自由度平臺，將六軸平臺系統(tǒng)推進系統(tǒng)簡化成六個直連式電動缸，用六個直連式電動缸調(diào)節(jié)六軸平臺的姿態(tài)以模擬盾構(gòu)機的掘進工況，保證了控制的響應速度，同時也簡化了推進系統(tǒng)的模型，方便實驗控制操作，也降低了成本；六軸平臺系統(tǒng)以撐靴在下的方式放置于三自由度平臺的上平臺上底面上，且六個撐靴組成的圓環(huán)與上平臺底面共圓心，這樣豎直放置盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬裝置的形式減少了設(shè)備的占地面積，運動過程中，通過三自由度平臺的折返式電動缸伸長量的變化實現(xiàn)盾構(gòu)機的俯仰、偏航等工況的模擬。該裝置占地位置小，能夠降低成本、系統(tǒng)安全且穩(wěn)定性能好，同時又能更準確地模擬盾構(gòu)機的推進系統(tǒng)。

14、本發(fā)明提供的豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬方法，控制六根直連式電動缸的伸長量調(diào)節(jié)自身姿態(tài)以適應三自由度平臺導致的姿態(tài)變化，即當三自由度平臺由于三個折返式電動缸的伸長縮短而時刻發(fā)生姿態(tài)改變時，實驗中通過時刻調(diào)節(jié)六軸平臺系統(tǒng)的六個電動缸的伸長量以適應三自由度平臺帶來的姿態(tài)變化，在保持六軸平臺系統(tǒng)的蓋板水平的情況下有效模擬實際盾構(gòu)掘進中的發(fā)生偏航、俯仰等姿態(tài)變化的工況，能夠確保模擬實驗的安全性。

技術(shù)特征：

1.一種豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于，包括：六軸平臺系統(tǒng)（7）及三自由度平臺（9）；

2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述圓盤（3）的中心處具有與所述圓盤（3）同心的圓孔。

3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置于底支撐座（23）底側(cè)四角的腳杯（24）。

4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的裝置，其特征在于，還包括：固定部件，用于防止所述六軸平臺系統(tǒng)（7）發(fā)生相對所述三自由度平臺（9）的滑動。

5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述固定部件為鐵鏈，所述鐵鏈將所述圓盤（3）與上平臺（12）進行捆綁；

6.一種豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬方法，應用于如權(quán)利要求1-5任一項所述的豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于，包括：

7.一種豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬方法，應用于如權(quán)利要求1-5任一項所述的豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬裝置，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種豎向盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬裝置，屬于盾構(gòu)機模擬裝備領(lǐng)域，該裝置包括六軸平臺系統(tǒng)和三自由度平臺，將六軸平臺系統(tǒng)推進系統(tǒng)簡化成六個直連式電動缸，用六個直連式電動缸調(diào)節(jié)六軸平臺的姿態(tài)以模擬盾構(gòu)機的掘進工況，保證了控制的響應速度，同時也簡化了推進系統(tǒng)的模型；六軸平臺系統(tǒng)以撐靴在下的方式放置于三自由度平臺的上平臺上，且六個撐靴組成的圓環(huán)與上平臺共圓心，這樣豎直放置盾構(gòu)推進系統(tǒng)模擬裝置的形式減少了設(shè)備的占地面積，通過三自由度平臺的折返式電動缸伸長量的變化實現(xiàn)盾構(gòu)機的俯仰、偏航等工況的模擬。該裝置占地位置小，能夠降低成本、系統(tǒng)安全且穩(wěn)定性能好，同時也能更準確地模擬盾構(gòu)推進系統(tǒng)。

技術(shù)研發(fā)人員：王帆,余效浙,李松,江洪月
受保護的技術(shù)使用者：華中科技大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2