一種相似材料模型多形狀巷道開挖裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種相似材料模擬試驗(yàn)裝置，尤其涉及一種用于相似材料模擬試驗(yàn)的多形狀巷道開挖裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]相似材料模擬試驗(yàn)是一種較常用的采礦、巖土等地下工程模擬研究方法，可以通過試驗(yàn)對工程巖體的運(yùn)動進(jìn)行定性分析，從而對工程的設(shè)計(jì)施工進(jìn)行有效指導(dǎo)?，F(xiàn)有技術(shù)中，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行相似材料模擬試驗(yàn)時，對于相似材料模型的巷道挖掘，普遍采用手動或小型開挖設(shè)備等手工勞動的方式進(jìn)行，但該方式存在一些明顯的缺點(diǎn)及不足，如比較耗費(fèi)人力和時間，無法方便的滿足多形狀、多尺度巷道的挖掘要求，且巷道挖掘質(zhì)量因人而異，差別較大等。
[0003]中國專利申請CN103364218 A公開了一種用于物理模擬試驗(yàn)隧洞開挖的微型TBM開挖系統(tǒng)，其包括刀盤，護(hù)盾，撐靴，傳動軸，拉力千斤頂，導(dǎo)軌，電機(jī)，底座等。其中，拉力千斤頂?shù)囊欢伺c支撐臺架固定，另一端的活塞拉動底座和電機(jī)一起前進(jìn)或后退，電機(jī)帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，推動刀盤前進(jìn)切削掌子面“巖體”，撐靴兩側(cè)的千斤頂可推動撐靴臂對“圍巖”施加指定壓力。這種結(jié)構(gòu)形式的微型TBM開挖系統(tǒng)，可以應(yīng)用于地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)?zāi)MTBM盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)開挖隧道等。
[0004]但是，這種微型TBM開挖系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本相對較高等不足之處，且對于不同形狀及尺寸的硐室挖掘適應(yīng)性較差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是，提供一種相似材料模型多形狀巷道開挖裝置，其具有結(jié)構(gòu)簡單、挖掘效率高、控制簡便等特點(diǎn)。
[0006]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種相似材料模型多形狀巷道開挖裝置，其特征在于，自下向上依次包括一底座、一絲杠滑臺和一電動推桿；
[0007]所述絲杠滑臺固定在所述底座上；
[0008]所述電動推桿豎直布置，其底座座板固定在所述絲杠滑臺的滑塊上；
[0009]在所述電動推桿的螺桿頂端固定連接有一電機(jī)安裝用座板，所述電機(jī)安裝用座板上安裝有第一直流電機(jī)，第一直流電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器連接有一加長軸；
[0010]所述加長軸的另一端固定連接有一鉆頭夾具，所述鉆頭夾具中夾持有一麻花鉆頭;
[0011]所述絲杠滑臺和電動推桿各自的第二直流電機(jī)均由同一供電電路供電；
[0012]所述供電電路中包括有若干數(shù)量的接觸式繼電器開關(guān)，分別用于控制絲杠滑臺的第二直流電機(jī)正/反轉(zhuǎn)與啟/停，以及控制電動推桿的第二直流電機(jī)的啟/停；
[0013]上述各接觸式繼電器開關(guān)均分別均勻布設(shè)在待開挖的相似材料模型的表面，并共同圍成待開挖巷道的橫截面形狀。
[0014]上述技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，結(jié)構(gòu)簡單、布局緊湊合理。由于絲杠滑臺電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和啟停，以及電動推桿的啟停均由接觸式繼電器開關(guān)進(jìn)行控制。這樣，省略掉了與絲杠滑臺直流電機(jī)配套的電控元器件部分，并且無需編程，即可輕松實(shí)現(xiàn)任意橫截面形狀的巷道開挖，其操作與控制十分簡便。
[0015]為更好地理解上述技術(shù)方案的技術(shù)特點(diǎn)，現(xiàn)簡要說明其工作原理:
[0016]接通上述供電電路，以使絲杠滑臺的第二直流電機(jī)正轉(zhuǎn)，驅(qū)動上述麻花鉆頭從左至右水平運(yùn)動；
[0017]當(dāng)麻花鉆頭觸碰右側(cè)的接觸式繼電器開關(guān)時，該接觸式繼電器開關(guān)切斷絲杠滑臺的第二直流電機(jī)的供電，同時接通電動推桿的供電，驅(qū)動電動推桿將麻花鉆頭豎直向上移動直至鉆頭觸碰到另一個接觸式繼電器開關(guān)時，該接觸式繼電器開關(guān)切斷電動推桿的供電，同時接通絲杠滑臺的第二直流電機(jī)的供電，使第二直流電機(jī)反轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動麻花鉆頭從右至左水平運(yùn)動；
[0018]S卩，鉆頭從左至右移動至設(shè)定位置后，向上移動一定距離；然后，鉆頭從右至左移動至設(shè)定位置后，向上移動一定距離。
[0019]如此循環(huán)往復(fù)，直至結(jié)束。
[0020]需要說明的是，本實(shí)用新型的巷道開挖裝置，其作業(yè)的工況條件，S卩，相似材料模型的材質(zhì)特性方面，為添加有少量膠結(jié)材料的沙子等骨料的混合物，其膠結(jié)強(qiáng)度較低。我們的試驗(yàn)表明:當(dāng)鉆頭橫向移動時，可有效擊碎與其接觸的相似材料，并隨著鉆頭的旋轉(zhuǎn)被排出鉆孔之外。
[0021]優(yōu)選為，上述加長軸的長度為20-30厘米;所述麻花鉆頭的有效工作長度為100-200厘米。
[0022]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，常規(guī)試驗(yàn)中，巷道開挖的縱深長度一般為100-200厘米。所以，上述加長軸的長度為20-30厘米;所述麻花鉆頭的有效工作長度為100-200厘米為較合理的經(jīng)驗(yàn)值。
[0023]實(shí)際上，基于本實(shí)用新型的技術(shù)思想，上述加長軸的長度和麻花鉆頭的有效工作長度可根據(jù)具體的使用要求，進(jìn)行加長或者縮短。
[0024]為更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)特點(diǎn)，現(xiàn)詳細(xì)介紹本實(shí)用新型的相似材料模型多形狀巷道開挖裝置的使用方法。
[0025]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)該目的所采用的技術(shù)方案是，一種上述的相似材料模型多形狀巷道開挖裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0026]第一步，按所需開挖的巷道橫截面形狀，在待開挖的相似材料模型的表面均勻布設(shè)若干數(shù)量的接觸式繼電器開關(guān)，各接觸式繼電器開關(guān)共同圍成待開挖巷道的橫截面形狀；
[0027]第二步，在待開挖巷道的左下角的起始位置處，使用帶加長鉆頭的電鉆配鉆一個基準(zhǔn)孔，孔深度等于待開挖巷道的深度；
[0028]第三步，將開挖裝置移近相似材料模型，并使麻花鉆頭插入至上述基準(zhǔn)孔中；然后接通第一直流電機(jī)電源，驅(qū)動麻花鉆頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；
[0029]第四步，接通上述供電電路，進(jìn)行巷道開挖，直至巷道挖掘完畢。
[0030]不難看出，本實(shí)用新型的相似材料模型多形狀巷道開挖裝置的使用方法，具有操控簡單、自動化程度較高(除基準(zhǔn)孔有人工手動配鉆之外，整個巷道開挖的其余全部工作均由接觸式繼電器控制相應(yīng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)或啟停實(shí)現(xiàn))等特點(diǎn)。
[0031]綜上所述，本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有巷道開挖裝置結(jié)構(gòu)簡單、布局緊湊合理、造價相對較低;且操控簡單、自動化程度較高，可十分輕松地實(shí)現(xiàn)任意橫截面形狀的巷道開挖，非常適于實(shí)驗(yàn)室使用。
【附圖說明】
[0032]圖1為本實(shí)用新型巷道開挖裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本實(shí)用新型巷道開挖裝置的軸側(cè)俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為本實(shí)用新型巷道開挖裝置的右視結(jié)構(gòu)示意圖為各接觸式繼電器開關(guān)均勻布設(shè)在相似材料模型表面(共同圍成一個橫截面為拱形的巷道)的狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4為各接觸式繼電器開關(guān)均勻布設(shè)在相似材料模型表面(共同圍成一個橫截面為拱形的巷道)的狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]附圖標(biāo)記說明:
[0037]1-麻花鉆頭；2-夾具;3-加長軸;4-聯(lián)軸器;5-第一直流電機(jī);6_電機(jī)安裝用座板；7-電動推桿;8-絲杠滑臺；9-底座;10-第二直流電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0039]如圖1至3所示，本實(shí)用新型的相似材料模型多形狀巷道開挖裝置，其特征在于，自下向上依次包括一底座9、一絲杠滑臺8和一電動推桿7 ；
[0040]上述絲杠滑臺8固定在上述底座9上；
[0041 ]上述電動推桿7豎直布置，其底座座板固定在上述絲杠滑臺的滑塊上；
[0042]在上述電動推桿的螺桿頂端固定連接有一電機(jī)安裝用座板6，上述電機(jī)安裝用座板上安裝有第一直流電機(jī)5，第一直流電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器4連接有一加長軸3;
[0043]上述加長軸的另一端固定連接有一鉆頭夾具2，上述鉆頭夾具2中夾持有一麻花鉆頭I;
[0044]上述絲杠滑臺和電動推桿各自的第二直流電機(jī)均由同一供電電路供電；
[0045]上述供電電路中包括有若干數(shù)量的接觸式繼電器開關(guān)，分別用于控制絲杠滑臺的第二直流電機(jī)正/反轉(zhuǎn)與啟/停，以及控制電動推桿的第二直流電機(jī)的啟/停；
[0046]上述各接觸式繼電器開關(guān)均分別均勻布設(shè)在待開挖的相似材料模型的表面，并共同圍成待開挖巷道的橫截面形狀。
[0047]上述加長軸的長度為20-30厘米;上述麻花鉆頭的有效工作長度為100-200厘米。
[0048]為更好地理解本實(shí)用新型，下面詳細(xì)說明其使用方法。
[0049]上述的相似材料模型多形狀巷道開挖裝置的使用方法，其包括以下步驟:
[0050]如圖4所示，第一步，按所需開挖的巷道橫截面形狀，在待開挖的相似材料模型的表面均勻布設(shè)若干數(shù)量的接觸式繼電器開關(guān)，各接觸式繼電器開關(guān)(圖中標(biāo)識為= A1, A2……An；Bi,B2......Bn)共同圍成待開挖巷道的橫截面形狀；
[0051]第二步，在待開挖巷道的左下角的起始位置處，使用帶加長鉆頭的電鉆配鉆一個基準(zhǔn)孔，孔深度等于待開挖巷道的深度；
[0052]第三步，將開挖裝置移近相似材料模型，并使麻花鉆頭插入至上述基準(zhǔn)孔中；然后接通第一直流電機(jī)電源，驅(qū)動麻花鉆頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；
[0053]第四步，接通上述供電電路，進(jìn)行巷道開挖，直至巷道挖掘完畢。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種相似材料模型多形狀巷道開挖裝置，其特征在于，自下向上依次包括一底座、一絲杠滑臺和一電動推桿； 所述絲杠滑臺固定在所述底座上； 所述電動推桿豎直布置，其底座座板固定在所述絲杠滑臺的滑塊上； 在所述電動推桿的螺桿頂端固定連接有一電機(jī)安裝用座板，所述電機(jī)安裝用座板上安裝有第一直流電機(jī)，第一直流電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器連接有一加長軸； 所述加長軸的另一端固定連接有一鉆頭夾具，所述鉆頭夾具中夾持有一麻花鉆頭； 所述絲杠滑臺和電動推桿各自的第二直流電機(jī)均由同一供電電路供電； 所述供電電路中包括有若干數(shù)量的接觸式繼電器開關(guān)，分別用于控制絲杠滑臺的第二直流電機(jī)正/反轉(zhuǎn)與啟/停，以及控制電動推桿的第二直流電機(jī)的啟/停； 上述各接觸式繼電器開關(guān)均分別均勻布設(shè)在待開挖的相似材料模型的表面，并共同圍成待開挖巷道的橫截面形狀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相似材料模型多形狀巷道開挖裝置，其特征在于，所述加長軸的長度為20-30厘米;所述麻花鉆頭的有效工作長度為100-200厘米。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種相似材料模型多形狀巷道開挖裝置，其開挖裝置自下向上依次包括底座、絲杠滑臺和電動推桿；絲杠滑臺固定在底座上；電動推桿豎直布置在絲杠滑臺的滑塊上；在電動推桿的頂端安裝有第一直流電機(jī)，第一直流電機(jī)用于驅(qū)動麻花鉆頭工作；絲杠滑臺和電動推桿均由包括有若干數(shù)量的接觸式繼電器開關(guān)的同一供電電路供電，并分別由其控制運(yùn)動方向和啟停時機(jī)；上述各接觸式繼電器開關(guān)均分別均勻布設(shè)在待開挖的相似材料模型的表面，并共同圍成待開挖巷道的橫截面形狀。本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、布局緊湊合理、造價低；操控簡單，適于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行任意橫截面形狀的巷道開挖。
【IPC分類】G01N33/24
【公開號】CN205176020
【申請?zhí)枴緾N201520999314
【發(fā)明人】楊坤, 韓高升, 趙同彬, 尹延春
【申請人】山東科技大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月3日