本實(shí)用新型涉及隧道施工設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種盾構(gòu)機(jī)用流體多功能試驗(yàn)臺(tái)。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，盾構(gòu)技術(shù)迅速普及，而目前在盾構(gòu)機(jī)流體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中各流體系統(tǒng)的性能、各元器件的性能和參數(shù)主要靠經(jīng)驗(yàn)借鑒或者現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，國(guó)內(nèi)尚沒有專門對(duì)盾構(gòu)機(jī)流體系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的設(shè)備。為了縮短設(shè)計(jì)周期，加快新產(chǎn)品的研發(fā)速度，使盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)科學(xué)合理，以提高現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)水平，設(shè)計(jì)一套安全、環(huán)保、便捷、易于擴(kuò)展、適應(yīng)性強(qiáng)的盾構(gòu)機(jī)流體多動(dòng)能試驗(yàn)平臺(tái)是需要解決的重要問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種盾構(gòu)機(jī)用流體多功能試驗(yàn)臺(tái)，以解決現(xiàn)有技術(shù)的適應(yīng)性差，集成度低，檢測(cè)精確度差的技術(shù)問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種盾構(gòu)機(jī)用流體多功能試驗(yàn)臺(tái)，包括刀盤噴口裝置、攪拌裝置、泡沫系統(tǒng)、膨潤(rùn)土系統(tǒng)、水系統(tǒng)、油脂系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、收集箱、外接口集成板和底座；水系統(tǒng)通過管路分別與泡沫系統(tǒng)、膨潤(rùn)土系統(tǒng)、刀盤噴口裝置、收集箱以及外接口集成板相連接，空氣系統(tǒng)通過集成板接口與泡沫系統(tǒng)、油脂系統(tǒng)和刀盤噴口裝置相連接，油脂系統(tǒng)與外接口集成板相連接，膨潤(rùn)土系統(tǒng)分別與刀盤噴口裝置、收集箱、外接口集成板相連接，泡沫系統(tǒng)與刀盤噴口裝置、收集箱、外接口集成板相連接；其中，

所述刀盤噴口裝置包括攪拌容器、刀盤噴口、土壓傳感器、隔膜式壓力表、玻璃視鏡、被動(dòng)攪拌棒和固定架，攪拌容器安裝在固定架上，攪拌容器的外端面上設(shè)有刀盤噴口、土壓傳感器和膈膜式壓力表，玻璃視鏡安裝在攪拌容器的外側(cè)面上，在所述攪拌容器的內(nèi)部端面上設(shè)有被動(dòng)攪拌棒；

所述攪拌裝置包括變頻電機(jī)Ⅰ、減速器Ⅰ、主軸、聯(lián)軸器、攪拌葉片和攪拌棒，減速器Ⅰ安裝在固定架上，變頻電機(jī)Ⅰ的輸出軸與減速器Ⅰ的輸入軸相連接，減速器Ⅰ的輸出軸通過聯(lián)軸器與主軸的輸入端相連接，主軸輸出端水平設(shè)置于攪拌容器內(nèi)部，主軸的輸出端設(shè)有攪拌葉片，攪拌葉片遠(yuǎn)離主軸的一端設(shè)有攪拌棒；

所述泡沫系統(tǒng)包括泡沫原液泵、泡沫混合泵、泡沫原液箱、泡沫混合液箱和泡沫發(fā)生器，泡沫原液泵的入口與泡沫原液箱底部相連接，泡沫原液泵的出口與泡沫混合液箱相連接，泡沫混合泵的入口與泡沫混合液箱底部相連接，泡沫混合泵出口與泡沫發(fā)生器相連接，泡沫發(fā)生器與外接口集成板上的泡沫輸出口相連接。

所述膨潤(rùn)土系統(tǒng)包括擠壓泵和膨潤(rùn)土攪拌箱，擠壓泵的入口通過管道與膨潤(rùn)土攪拌箱相連接，擠壓泵的出口分別與外接口集成板上的膨潤(rùn)土輸出口、收集箱相連接；所述油脂系統(tǒng)包括HBW油脂泵、盾尾油脂泵和Ep2油脂泵，HBW油脂泵的入口、盾尾油脂泵的入口和Ep2油脂泵的入口均設(shè)置有輸入接口，HBW油脂泵的出口與外接口集成板上的HBW油脂輸出口相連接、盾尾油脂泵的出口與外接口集成板上盾尾油脂輸出口相連接，Ep2油脂泵的出口與外接口集成板上Ep2油脂輸出口相連接；所述監(jiān)控系統(tǒng)包括控制箱、工控機(jī)和PLC，工控機(jī)設(shè)置在控制箱面板上，PLC設(shè)置在控制箱內(nèi)部，工控機(jī)和PLC之間通過電纜相連接，PLC與液位開關(guān)相連接。

所述膨潤(rùn)土攪拌箱與泡沫混合液箱結(jié)構(gòu)相同，在箱體上設(shè)有變頻電機(jī)Ⅱ和減速器Ⅱ，變頻電機(jī)Ⅱ輸出軸水平設(shè)置并與減速器Ⅱ輸入軸相相連接，減速器Ⅱ輸出軸豎直設(shè)置并與位于箱體內(nèi)的攪拌軸的一端相連接，攪拌軸的另一端通過軸座與箱體相連接，攪拌軸通過軸套與葉片軸相連接，葉片軸上設(shè)有葉片。

所述泡沫發(fā)生器由三個(gè)并聯(lián)的泡沫發(fā)生單元、泡沫視鏡構(gòu)成，泡沫視鏡的一端與泡沫發(fā)生單元相連接，泡沫視鏡的另一端與手動(dòng)球閥相連接，手動(dòng)球閥與泡沫視鏡之間設(shè)有壓力傳感器。

所述泡沫發(fā)生單元包括入口座、連接體、噴嘴、前擋圈、腔體、后擋圈和出口座，腔體的一端與連接體相連接、另一端與出口座相連接，連接體的另一端與入口座相連接，噴嘴套設(shè)在入口座的內(nèi)部，腔體內(nèi)填充有玻璃微珠，腔體與連接體之間設(shè)有前擋圈和O型圈，腔體與出口座之間設(shè)有后擋圈和O型圈，入口座與連接體之間設(shè)有O型圈。

所述刀盤噴口裝置設(shè)有兩個(gè)刀盤噴口和兩個(gè)玻璃視鏡，兩個(gè)刀盤噴口分別位于主軸的兩側(cè)，一個(gè)玻璃視鏡水平設(shè)置于攪拌容器的外側(cè)面上，另外一個(gè)玻璃視鏡與水平設(shè)置的玻璃視鏡之間的夾角為100°~140°。

所述主軸與攪拌容器之間采用迷宮式機(jī)械密封+Y型密封+O型圈組合式主軸密封方式。

所述所述清水箱、泡沫原液箱、泡沫混合液箱、膨潤(rùn)土攪拌箱和收集箱均安裝有液位開關(guān)。

所述管道中設(shè)有手動(dòng)球閥、手動(dòng)截止閥、絲扣式止回閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

本實(shí)用新型將盾構(gòu)機(jī)的各個(gè)流體系統(tǒng)進(jìn)行高度集成，可模擬不同工況下各個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)及所屬元器件的性能參數(shù)，模擬刀盤攪拌與渣土改良實(shí)驗(yàn)，測(cè)試刀盤噴口橡膠板性能，同時(shí)也可以輸出多種流體介質(zhì)，本實(shí)用新型所有元器件均可更換，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形式的傳感器、泵以及閥門等流體元器件的可靠性驗(yàn)證以及系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)零部件的國(guó)產(chǎn)化提供數(shù)據(jù)支持。

附圖說明

圖1為盾構(gòu)機(jī)用流體多功能試驗(yàn)臺(tái)原理圖。

圖2 為盾構(gòu)機(jī)用流體多功能試驗(yàn)臺(tái)總裝圖。

圖3 為刀盤噴口及攪拌裝置剖視圖。

圖4 為刀盤噴口及攪拌裝置主視圖。

圖5 為刀盤噴口及攪拌裝置左視圖。

圖6 為膨潤(rùn)土攪拌箱結(jié)構(gòu)圖。

圖7 為泡沫發(fā)生單元剖視圖。

圖8 為泡沫發(fā)生單元右視圖。

其中各標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)部件為：1-HBW油脂泵；2-盾尾油脂泵；3-EP2油脂泵；4-膨潤(rùn)土攪拌箱；401-減速器Ⅱ；402-變頻電機(jī)Ⅱ；403-葉片；404-攪拌軸；405-葉片軸；406-軸套；407-軸座；408-箱體；5-擠壓泵；6-清水箱；7-水泵 8-泡沫原液箱；9-泡沫原液泵；10-泡沫混合液箱；11-泡沫混合液泵；12-絲扣式止回閥；13-流量傳感器；14-電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；15-泡沫發(fā)生器；151-泡沫發(fā)生單元；1511-入口座；1512-連接體；1513-噴嘴；1514-前擋圈；1515-腔體；1516-玻璃微珠；1517-后擋圈；1518-出口座；1519-O型圈；152-泡沫視鏡；16-壓力傳感器；17-手動(dòng)球閥 18-手動(dòng)截止閥 19-刀盤噴口裝置；191-玻璃視鏡；192-被動(dòng)攪拌棒；193-刀盤噴口；194-攪拌容器；195-土壓傳感器；196-隔膜式壓力表；20-攪拌裝置；201-減速器Ⅰ；202-聯(lián)軸器；203-主軸；204-攪拌棒；205-攪拌葉片；206-變頻電機(jī)Ⅰ；21-收集箱；211-物料開關(guān)；22-外接口集成板；221-泡沫輸出口；222-清水輸出口；223-膨潤(rùn)土輸出口；224-空氣輸入口；225-盾尾油脂輸出口；226-HBW油脂輸出口；227-EP2油脂輸出口；23-減壓閥；24-控制箱；25-底座；26-固定架。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：如圖1-8所示，本實(shí)用新型提供了一種盾構(gòu)機(jī)用流體多功能試驗(yàn)臺(tái)，用于模擬盾構(gòu)機(jī)的各個(gè)流體系統(tǒng)不同工況下的工作狀態(tài)，測(cè)試系統(tǒng)整體及所屬元器件的性能參數(shù)，輸出多種流體介質(zhì)，模擬刀盤攪拌與渣土改良實(shí)驗(yàn)，包括：刀盤噴口裝置 19、攪拌裝置20、泡沫系統(tǒng)、膨潤(rùn)土系統(tǒng)、水系統(tǒng)、油脂系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、收集箱21、外接口集成板22、底座25、管道和電纜。其中，水系統(tǒng)通過管路接入泡沫系統(tǒng)、膨潤(rùn)土系統(tǒng)、刀盤噴口裝置19、收集箱21以及外接口集成板22；空氣系統(tǒng)從集成板22接口接入泡沫系統(tǒng)、油脂系統(tǒng)與刀盤噴口裝置19；油脂系統(tǒng)與外接口集成板22相連；膨潤(rùn)土系統(tǒng)分別接入刀盤噴口裝置19、收集箱21與外接口集成板22；泡沫系統(tǒng)與水系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)相連后接入刀盤噴口裝置19、收集箱21以及外接口集成板22。

所述刀盤噴口裝置19包括攪拌容器194、刀盤噴口193、土壓傳感器195、隔膜式壓力表196、玻璃視鏡191、被動(dòng)攪拌棒192和固定架26，所述攪拌容器194設(shè)置于固定架26上，攪拌容器194的面板上設(shè)有兩個(gè)刀盤噴口193，一個(gè)土壓傳感器195和一個(gè)膈膜式壓力表196，在攪拌容器194側(cè)面左上角和右側(cè)分別設(shè)有所述玻璃視鏡191，兩個(gè)玻璃視鏡191之間的角度為120°，在攪拌容器194的內(nèi)部面板上設(shè)有四個(gè)被動(dòng)攪拌棒192。刀盤噴口用于測(cè)試噴口橡膠板的性能，土壓傳感器和膈膜式壓力表可以進(jìn)行土壓測(cè)量對(duì)比試驗(yàn)，玻璃視鏡夠方便的觀察內(nèi)部攪拌的情況。

所述攪拌裝置包括攪拌裝置20包括變頻電機(jī)Ⅰ206、減速器Ⅰ201、主軸203、聯(lián)軸器202、攪拌葉片205和攪拌棒204，所述減速器Ⅰ201設(shè)置于固定架26上，變頻電機(jī)Ⅰ206輸出軸與減速器Ⅰ201輸入軸相連接，減速器Ⅰ201的輸出軸通過聯(lián)軸器202與主軸203的輸入端連接，主軸203的輸出端圓柱面上垂直設(shè)置有四個(gè)攪拌葉片205，每個(gè)攪拌葉片205在頂部設(shè)置有一個(gè)所述攪拌棒204，主軸203輸出端水平設(shè)置于攪拌容器194內(nèi)部，主軸203與攪拌容器之間采用迷宮式機(jī)械密封，攪拌容器內(nèi)的渣土取自工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際樣本，利用流體多功能平臺(tái)調(diào)節(jié)各個(gè)流體系統(tǒng)的配比與流量來(lái)研究該樣本的最佳改良配比。

所述刀盤噴口裝置19和攪拌裝置20，用于在保壓工作狀態(tài)下同時(shí)注入泡沫和膨潤(rùn)土，進(jìn)行渣土攪拌，模擬帶壓工作狀態(tài)下的渣土改良。

所述泡沫系統(tǒng)包括泡沫原液泵9、泡沫混合泵11、泡沫原液箱8、泡沫混合液箱10和泡沫發(fā)生器15，所述泡沫原液泵9的入口設(shè)置于泡沫原液箱8底部，泡沫原液泵9的出口通過管道與泡沫混合泵11入口連接，所述泡沫混合泵11出口設(shè)置于泡沫混合液箱10底部，泡沫混合泵11通過管道與所述泡沫發(fā)生器15入口連接，泡沫發(fā)生器15的出口、泡沫視鏡152、壓力傳感器和外接口集成板22上的泡沫輸出口221順次連接在管道上，泡沫發(fā)生器15由三個(gè)泡沫發(fā)生單元151并聯(lián)而成，通過控制與泡沫發(fā)生單元串聯(lián)連接的手動(dòng)球閥17，可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)泡沫發(fā)生單元151單獨(dú)工作或多個(gè)泡沫發(fā)生單元151協(xié)同工作，并改變每個(gè)泡沫發(fā)生單元151的泡沫產(chǎn)生速率。所述泡沫發(fā)生單元151包括入口座1511、連接體1512、噴嘴1513、前擋圈1514、腔體1515、后擋圈1517和出口座1518，腔體1515的一端與連接體1512相連接、另一端與出口座1518相連接，連接體1512的另一端與入口座1511相連接，噴嘴1513套設(shè)在入口座1511的內(nèi)部，腔體1515內(nèi)填充有玻璃微珠1516，腔體1515與連接體1512之間設(shè)有前擋圈1514和O型圈1519，腔體1515與出口座1518之間設(shè)有后擋圈1517和O型圈1519，入口座1511與連接體1512之間設(shè)有O型圈1519。

泡沫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，清水與由所述泡沫原液泵提供的泡沫原液進(jìn)入所述泡沫混合液箱攪拌混合，待混合均勻后通過所述泡沫混合泵輸送至所述泡沫發(fā)生器，與空氣混合后形成泡沫。泡沫系統(tǒng)可以通過手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式進(jìn)行水、氣的壓力和流量的調(diào)節(jié)。手動(dòng)控制方式中，由操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)調(diào)節(jié)手動(dòng)球閥。自動(dòng)控制方式中，泡沫混合液中的水量和壓縮空氣的流量由流量傳感器進(jìn)行檢測(cè)，泡沫混合液的壓力由壓力傳感器進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)反饋至PLC，PLC經(jīng)過邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制所述泡沫原液泵頻率和所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，以得到最佳的混合比及膨脹率，并使泡沫的注入壓力低于設(shè)定的最高壓力。PLC同時(shí)將數(shù)據(jù)通過通訊傳輸?shù)焦た貦C(jī)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)顯示。

所述膨潤(rùn)土系統(tǒng)包括擠壓泵5和膨潤(rùn)土攪拌箱4，所述擠壓泵5入口通過管道與膨潤(rùn)土攪拌箱4連接，從擠壓泵5出口開始管道分為兩路，第一路與壓力傳感器16、流量傳感器13和外接口集成板22上膨潤(rùn)土輸出口223順次連接，第二路與收集箱21連接。收集箱能夠收集系統(tǒng)廢液，并集中進(jìn)行處理減小環(huán)境污染。膨潤(rùn)土經(jīng)過加水在膨潤(rùn)土攪拌箱攪拌膨化后，由擠壓泵輸出，傳感器將流量和壓力信息實(shí)時(shí)反饋至PLC，PLC通過對(duì)擠壓泵進(jìn)行變頻調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)流量和壓力，保證過程中膨潤(rùn)土的注入壓力始終低于設(shè)定的最高壓力。

所述膨潤(rùn)土攪拌箱4和泡沫混合液箱10采用了相同結(jié)構(gòu)，在箱體408上部設(shè)置有變頻電機(jī)Ⅱ402和減速器Ⅱ401，變頻電機(jī)Ⅱ402輸出軸水平設(shè)置并與減速器Ⅱ401輸入軸相連接，減速器Ⅱ401輸出軸豎直設(shè)置并與位于箱體408內(nèi)的攪拌軸404相固定，攪拌軸404的另一端通過軸座407與箱體408相連接，攪拌軸404上設(shè)置有兩個(gè)軸套406，每個(gè)軸套固定兩個(gè)葉片軸405，每個(gè)葉片軸固定一個(gè)葉片403。

水系統(tǒng)包括清水箱6和水泵7，所述水泵7的入口與清水箱6相連接，所述水泵7的出口分別與膨潤(rùn)土攪拌箱4、泡沫發(fā)生器16、攪拌容器194、收集箱21、外接口集成板22上的清水輸出口222相連接，從水泵7出口開始所述管道分為五路，第一路與膜片閥、流量傳感器和膨潤(rùn)土攪拌箱4順次連接，其余四路分別與泡沫發(fā)生器15、攪拌容器194、收集箱21和外接口集成板22上清水輸出口222連接。水系統(tǒng)主要為泡沫系統(tǒng)、膨潤(rùn)土系統(tǒng)及單獨(dú)輸出提供一定壓力和流量的清水。

油脂系統(tǒng)包括HBW油脂泵1、盾尾油脂泵2和Ep2油脂泵3，HBW油脂泵1的入口、盾尾油脂泵2的入口和Ep2油脂泵3的入口均設(shè)置有輸入接口，HBW油脂泵1的出口通過管道與外接口集成板22上的HBW油脂輸出口226相連接、盾尾油脂泵2的出口通過管道與外接口集成板22上盾尾油脂輸出口225相連接，Ep2油脂泵3的出口通過管道與外接口集成板22上Ep2油脂輸出口227相連接。油脂系統(tǒng)用于進(jìn)行油脂壓損測(cè)試和油脂輸送性能測(cè)試。

所述空氣系統(tǒng)包括空壓機(jī)和壓力表，從所述外接口集成板22上空氣輸入口224開始所述管道分為四路，第一路與減壓閥23連接、其余三路分別與HBW油脂泵1、盾尾油脂泵2、Ep2油脂泵3連接，從減壓閥23開始管道又分為兩子路，第一子路與攪拌容器194連接，第二子路與流量傳感器13、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥14和泡沫發(fā)生器順次連接；所述空壓機(jī)在使用時(shí)連接至所述外接口集成板上空氣輸入口，在不使用時(shí)可以拆除。

連接各個(gè)所述設(shè)備之間的所述管道均安裝有手動(dòng)球閥17、手動(dòng)截止閥18、絲扣式止回閥12和壓力表。所述清水箱6、泡沫原液箱9、泡沫混合液箱10、膨潤(rùn)土攪拌箱4和收集箱21均安裝有液位開關(guān)211。收集箱21可以在試驗(yàn)中收集廢水、廢料，然后集中排出，保證試驗(yàn)的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)。

所述監(jiān)控系統(tǒng)包括控制箱、工控機(jī)和PLC，工控機(jī)設(shè)置在控制箱面板上，PLC設(shè)置在控制箱內(nèi)部，工控機(jī)和PLC之間通過所述電纜進(jìn)行通訊連接，PLC與傳感器、液位開關(guān)、變頻電機(jī)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥之間通過所述電纜進(jìn)行電氣連接，所述PLC實(shí)時(shí)采集各壓力傳感器、流量傳感器和液位開關(guān)的反饋信號(hào)，并進(jìn)行邏輯運(yùn)算和數(shù)字運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行變頻電機(jī)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制，所述工控機(jī)將PLC采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并能夠設(shè)置和修改PLC進(jìn)行控制的參數(shù)和方式。

所述清水箱6、泡沫原液箱8、泡沫混合液箱10、膨潤(rùn)土攪拌箱4、收集箱21、控制箱、外接口集成板22、固定架26、擠壓泵5、水泵7、泡沫原液泵9、泡沫混合液泵11、HBW油脂泵1、盾尾油脂泵2和Ep2油脂泵3均設(shè)置在底座上。

本實(shí)用新型將盾構(gòu)機(jī)的各個(gè)流體系統(tǒng)進(jìn)行高度集成，模擬刀盤攪拌與渣土改良實(shí)驗(yàn)，測(cè)試刀盤噴口橡膠板性能，所有元器件均可更換，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形式的傳感器、泵以及閥門等流體元器件的可靠性驗(yàn)證以及系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)零部件的國(guó)產(chǎn)化提供數(shù)據(jù)支持。

以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。