本發(fā)明涉及土壓平衡盾構(gòu)機測試，具體涉及一種盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、土壓平衡盾構(gòu)機是一種用于軟土地下隧道工程開挖的大型工程裝備。螺旋輸送機是土壓平衡盾構(gòu)的重要組成部分，它主要用來從盾構(gòu)密封倉內(nèi)將刀盤切削下來的泥土排出盾體，同時保持密封倉內(nèi)土壓力，維持開挖面土體的穩(wěn)定。但是，現(xiàn)有技術(shù)中無法對盾構(gòu)螺旋輸送機的排渣性能進行測試，從而了解排渣過程的有效排渣率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置及方法，該裝置及方法可以模擬盾構(gòu)螺旋輸送機的排渣過程，實現(xiàn)對排渣性能的模擬測試。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：種盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置，包括螺旋輸送機構(gòu)、渣土艙、空壓機、數(shù)據(jù)采集儀和控制裝置；所述螺旋輸送機構(gòu)包括機構(gòu)支架、螺旋輸送外殼、其上設(shè)置有螺旋葉片的螺旋桿、動態(tài)壓力傳感器、扭矩傳感器和減速電機，所述螺旋輸送外殼傾斜設(shè)置并通過機構(gòu)支架支撐，所述螺旋桿穿設(shè)于螺旋輸送外殼內(nèi)，所述減速電機固定安裝于螺旋輸送外殼上端且其輸出軸經(jīng)扭矩傳感器與螺旋桿上端固定連接，所述螺旋輸送外殼上部下方開設(shè)有出渣口，所述螺旋輸送外殼側(cè)壁下方沿外殼長度方向間隔安裝有多個動態(tài)壓力傳感器，所述扭矩傳感器和動態(tài)壓力傳感器均與數(shù)據(jù)采集儀電性連接，所述數(shù)據(jù)采集儀與控制裝置輸入端電性連接，所述控制裝置輸出端與減速電機電性連接；所述渣土艙包括艙體、艙蓋和艙體支架，所述艙體豎向設(shè)置并通過艙體支架支撐，所述艙體由圓管及其下方上大下小的變徑管連接構(gòu)成，所述螺旋輸送外殼下端與變徑管下部密封連接，所述艙蓋與圓管上端面連接，所述艙蓋上開設(shè)有進氣口并連接有進氣閥，所述空壓機經(jīng)氣管與進氣閥連接，所述氣管上設(shè)置有調(diào)壓閥，以調(diào)節(jié)渣土艙內(nèi)氣壓，所述艙蓋上安裝有氣壓測量單元。

3、進一步地，所述螺旋輸送外殼上端固定連接有槽鋼或方鋼支架，所述減速電機固定安裝于槽鋼或方鋼支架上；所述減速電機輸出軸通過聯(lián)軸器與扭矩傳感器固定連接，所述扭矩傳感器通過聯(lián)軸器與螺旋桿上端固定連接；所述螺旋輸送外殼下端側(cè)壁上開設(shè)有排水口并連接有排水閥。

4、進一步地，所述動態(tài)壓力傳感器為動態(tài)土壓傳感器或動態(tài)水壓傳感器；當待測土體是黏性土或干砂時，模擬測試裝置配置的是動態(tài)土壓傳感器；當待測土體是富水砂礫時，模擬測試裝置配置的是動態(tài)水壓傳感器。

5、進一步地，所述變徑管為上圓下方形狀的變徑管。

6、進一步地，所述圓管上端設(shè)置有法蘭盤，所述法蘭盤與艙蓋之間設(shè)置有環(huán)形密封硅膠條，并通過螺紋緊固件固定連接。

7、進一步地，所述氣壓測量單元為氣壓傳感器，所述氣壓傳感器與數(shù)據(jù)采集儀電性連接。

8、進一步地，所述螺旋輸送外殼、螺旋桿、機構(gòu)支架、艙體、艙蓋和艙體支架均采用不銹鋼材質(zhì)制成。

9、進一步地，所述渣土艙、螺旋輸送外殼、螺旋桿、出渣口的尺寸比例為實際盾構(gòu)螺旋輸送機的等比例縮小。

10、進一步地，所述螺旋輸送外殼的傾斜角度為20-21°。

11、本發(fā)明還提供了一種基于上述模擬測試裝置的盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試方法，包括以下步驟：

12、s1、根據(jù)減速電機的功率，將模擬測試裝置接通相應(yīng)的電源；

13、s2、根據(jù)測試的渣土類型安裝相應(yīng)類型的動態(tài)壓力傳感器；啟動數(shù)據(jù)采集儀和控制裝置，并調(diào)試好傳感器；

14、s3、通過控制裝置設(shè)置減速電機的轉(zhuǎn)速，將螺旋轉(zhuǎn)速調(diào)整至所需轉(zhuǎn)速；

15、s4、將待測土體均勻放入模擬渣土艙的艙體內(nèi)，蓋上艙蓋并密封、緊固；

16、s5、打開空壓機，并通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)渣土艙內(nèi)氣體壓力；

17、s6、當氣壓測量單元測得的氣壓達到所需壓力時，通過控制裝置啟動減速電機開展測試，然后通過數(shù)據(jù)采集儀和控制裝置采集并監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)；

18、s7、測試結(jié)束后，將從出渣口收集到的廢棄渣土進行無害化處理，從螺旋輸送外殼底部的排水閥排出污水及細渣，并清洗模擬測試裝置；

19、s8、對監(jiān)測得到的扭矩、轉(zhuǎn)速、功率及動態(tài)壓力數(shù)據(jù)進行分析處理，計算得到單位時間內(nèi)的有效排渣率，即某時間區(qū)段內(nèi)渣土穩(wěn)定后重量與時長的比值。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置及方法，通過該裝置及方法可以模擬盾構(gòu)螺旋輸送機的排渣過程，實現(xiàn)對排渣性能的模擬測試，從而可據(jù)此開展土壓平衡盾構(gòu)螺旋輸送機排渣過程有效排渣率的計算，并對改良前后渣土扭矩、土壓力梯度或水壓力梯度進行測試研究，為實際盾構(gòu)機渣土改良提供技術(shù)支撐。

技術(shù)特征：

1.一種盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置，其特征在于，包括螺旋輸送機構(gòu)、渣土艙、空壓機、數(shù)據(jù)采集儀和控制裝置；所述螺旋輸送機構(gòu)包括機構(gòu)支架、螺旋輸送外殼、其上設(shè)置有螺旋葉片的螺旋桿、動態(tài)壓力傳感器、扭矩傳感器和減速電機，所述螺旋輸送外殼傾斜設(shè)置并通過機構(gòu)支架支撐，所述螺旋桿穿設(shè)于螺旋輸送外殼內(nèi)，所述減速電機固定安裝于螺旋輸送外殼上端且其輸出軸經(jīng)扭矩傳感器與螺旋桿上端固定連接，所述螺旋輸送外殼上部下方開設(shè)有出渣口，所述螺旋輸送外殼側(cè)壁下方沿外殼長度方向間隔安裝有多個動態(tài)壓力傳感器，所述扭矩傳感器和動態(tài)壓力傳感器均與數(shù)據(jù)采集儀電性連接，所述數(shù)據(jù)采集儀與控制裝置輸入端電性連接，所述控制裝置輸出端與減速電機電性連接；所述渣土艙包括艙體、艙蓋和艙體支架，所述艙體豎向設(shè)置并通過艙體支架支撐，所述艙體由圓管及其下方上大下小的變徑管連接構(gòu)成，所述螺旋輸送外殼下端與變徑管下部密封連接，所述艙蓋與圓管上端面連接，所述艙蓋上開設(shè)有進氣口并連接有進氣閥，所述空壓機經(jīng)氣管與進氣閥連接，所述氣管上設(shè)置有調(diào)壓閥，以調(diào)節(jié)渣土艙內(nèi)氣壓，所述艙蓋上安裝有氣壓測量單元。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置，其特征在于，所述螺旋輸送外殼上端固定連接有槽鋼或方鋼支架，所述減速電機固定安裝于槽鋼或方鋼支架上；所述減速電機輸出軸通過聯(lián)軸器與扭矩傳感器固定連接，所述扭矩傳感器通過聯(lián)軸器與螺旋桿上端固定連接；所述螺旋輸送外殼下端側(cè)壁上開設(shè)有排水口并連接有排水閥。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置，其特征在于，所述動態(tài)壓力傳感器為動態(tài)土壓傳感器或動態(tài)水壓傳感器；當待測土體是黏性土或干砂時，模擬測試裝置配置的是動態(tài)土壓傳感器；當待測土體是富水砂礫時，模擬測試裝置配置的是動態(tài)水壓傳感器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置，其特征在于，所述變徑管為上圓下方形狀的變徑管。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置，其特征在于，所述圓管上端設(shè)置有法蘭盤，所述法蘭盤與艙蓋之間設(shè)置有環(huán)形密封硅膠條，并通過螺紋緊固件固定連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置，其特征在于，所述氣壓測量單元為氣壓傳感器，所述氣壓傳感器與數(shù)據(jù)采集儀電性連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置，其特征在于，所述螺旋輸送外殼、螺旋桿、機構(gòu)支架、艙體、艙蓋和艙體支架均采用不銹鋼材質(zhì)制成。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置，其特征在于，所述渣土艙、螺旋輸送外殼、螺旋桿、出渣口的尺寸比例為實際盾構(gòu)螺旋輸送機的等比例縮小。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置，其特征在于，所述螺旋輸送外殼的傾斜角度為20-21°。

10.一種基于權(quán)利要求1-9任一項所述裝置的盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及種盾構(gòu)螺旋輸送機排渣性能模擬測試裝置，包括螺旋輸送機構(gòu)、渣土艙、空壓機、數(shù)據(jù)采集儀和控制裝置；螺旋輸送機構(gòu)包括機構(gòu)支架、螺旋輸送外殼、螺旋桿和減速電機，螺旋輸送外殼傾斜設(shè)置且螺旋桿穿設(shè)其內(nèi)，減速電機經(jīng)扭矩傳感器與螺旋桿上端連接，螺旋輸送外殼上部設(shè)有出渣口，且側(cè)壁下方間隔安裝有多個動態(tài)壓力傳感器，扭矩傳感器和動態(tài)壓力傳感器連接數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀連接控制裝置，控制裝置連接減速電機；渣土艙包括艙體、艙蓋和艙體支架，艙體由圓管及其下方的變徑管組成，螺旋輸送外殼下端與變徑管下部連接，空壓機經(jīng)氣管與艙蓋上的進氣閥連接。該裝置及方法可以模擬盾構(gòu)螺旋輸送機的排渣過程，實現(xiàn)對排渣性能的模擬測試。

技術(shù)研發(fā)人員：黃明,路遙,王炳楠,彭立乾,連輝,胡艷峰,關(guān)振長
受保護的技術(shù)使用者：福州大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15