盾尾刷綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制

李大偉，劉金祥，趙新合LI Da-wei, LIU Jing-xiang, ZHAO Xin-he（中鐵隧道集團(tuán)公司專用設(shè)備中心，河南 洛陽(yáng) 471009）

盾尾刷綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制

李大偉，劉金祥，趙新合
LI Da-wei, LIU Jing-xiang, ZHAO Xin-he
（中鐵隧道集團(tuán)公司專用設(shè)備中心，河南 洛陽(yáng) 471009）

[摘 要]詳細(xì)介紹盾尾刷綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制過(guò)程，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由耐磨測(cè)試平臺(tái)和彈性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)組成。耐磨測(cè)試平臺(tái)通過(guò)模擬盾構(gòu)掘進(jìn)工況，測(cè)試盾尾刷在不同狀態(tài)下的磨損情況；彈性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是通過(guò)油缸的往返運(yùn)動(dòng)使盾尾刷反復(fù)受到壓縮，來(lái)測(cè)試盾尾刷的彈性能力，通過(guò)兩種設(shè)備來(lái)測(cè)試尾刷的質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]盾構(gòu)；盾尾刷；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)盾尾刷的廠家眾多，但是盾尾刷檢驗(yàn)檢測(cè)尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)也沒(méi)有對(duì)盾尾刷性能進(jìn)行性能測(cè)試和檢測(cè)的設(shè)備。施工企業(yè)在選購(gòu)盾尾刷之時(shí)大多是憑直覺(jué)，很難避免選用了劣質(zhì)的盾尾刷產(chǎn)品，施工開(kāi)展起來(lái)毫無(wú)安全感可言。為此開(kāi)發(fā)測(cè)試盾尾刷性能的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)迫在眉睫，擬通過(guò)研發(fā)盾尾刷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，制定出盾尾刷檢測(cè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

1 盾尾刷工況分析

盾尾刷承擔(dān)著盾尾和管片之間的密封作用，通過(guò)注入油脂阻止泥漿和水進(jìn)入盾體。盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中盾尾刷與管片之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦，不斷的摩擦?xí)?dǎo)致尾刷鋼絲的磨損從而導(dǎo)致?lián)p壞，盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中由于姿態(tài)的不斷變化使不同位置的盾尾刷產(chǎn)生不同的彈性變形，尾刷反復(fù)的折彎對(duì)彈性性能是一個(gè)較大的考驗(yàn)，最終會(huì)導(dǎo)致尾刷折斷失效。依據(jù)根據(jù)盾構(gòu)施工過(guò)程中盾尾刷的失效形式可看出決定盾尾刷壽命的主要因素是它的耐磨性和彈性。

2 設(shè)計(jì)思路

依據(jù)盾尾刷失效形式的分析可知耐磨性和彈性是衡量盾尾刷性能的主要指標(biāo)，在研制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)耐磨性測(cè)試和彈性測(cè)試時(shí)研制的主要方向。

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中盾尾刷是與管片之間做滑動(dòng)摩擦運(yùn)動(dòng)，可以盾尾刷不動(dòng)，用柱狀混凝土塊轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)盾尾刷與混凝土之間的相互摩擦運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬掘進(jìn)過(guò)程中的工況；由于盾尾刷實(shí)際工況中與管片之間的壓緊量不同，可以將盾尾刷設(shè)計(jì)成可移動(dòng)形式，通過(guò)位移量的不同來(lái)調(diào)節(jié)盾尾刷與混凝土塊之間的間隙，來(lái)模擬實(shí)際工況；盾構(gòu)掘進(jìn)的掘進(jìn)速度一般為0～80mm/min，混凝土的回轉(zhuǎn)可采用液壓馬達(dá)（可提供低轉(zhuǎn)速）驅(qū)動(dòng)，通過(guò)增加減速機(jī)構(gòu)的方式來(lái)建立合適的減速比使混凝土的轉(zhuǎn)盤(pán)的線速度與實(shí)際工況吻合。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)思路可實(shí)現(xiàn)不同工況下盾尾刷的測(cè)試：不同壓緊量的耐磨性能、不同的掘進(jìn)速度的耐磨性能、混合工況下的耐磨性能。

盾構(gòu)機(jī)在姿態(tài)變化及蛇形推進(jìn)過(guò)程中，盾尾刷刷子與底板之間的角度在120°～180°之間往復(fù)變化，可以將盾尾刷固定在支座上，設(shè)計(jì)一油缸將油缸活塞桿端連接和尾刷大小相同的壓板，通過(guò)油缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)不斷的壓縮尾刷，是尾刷與的角度在120°～180°之間往復(fù)變化來(lái)模擬掘進(jìn)過(guò)程中的實(shí)際工況。

3 試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)成與各部件的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 耐磨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

盾尾刷耐磨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（圖1）是由、耐磨實(shí)驗(yàn)臺(tái)架、絲桿螺母機(jī)構(gòu)、盾尾刷、混凝土塊、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、回轉(zhuǎn)支撐、減速機(jī)、軸承、小齒輪等主要部件組成，耐磨實(shí)驗(yàn)臺(tái)架起固定支撐作用是整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)，絲桿螺母機(jī)構(gòu)連接著盾尾刷，通過(guò)調(diào)節(jié)絲桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)被測(cè)試盾尾刷與混凝土塊之間的間隙，模擬盾構(gòu)實(shí)際掘進(jìn)施工過(guò)程中盾尾刷與管片之間的間隙，最終通過(guò)尾刷與混凝土塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)耐磨性的測(cè)試；緩凝土塊采用和管片一樣的C50混凝土制成，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)連接減速機(jī)的輸入端，為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力，減速機(jī)輸出端連接小齒輪，并通過(guò)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支撐帶動(dòng)混凝土塊的旋轉(zhuǎn)，最終將動(dòng)力傳遞到混凝土塊的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)上。過(guò)程中的減速機(jī)、回轉(zhuǎn)支撐與小齒輪起著調(diào)節(jié)混凝土塊合適線速度的作用。

圖1　 盾尾刷耐磨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

3.2 彈性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

盾尾刷彈性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（圖2）是由、彈性實(shí)驗(yàn)臺(tái)架、固定座、盾尾刷、壓板、液壓油缸、固定框架等主要部件組成，彈性實(shí)驗(yàn)臺(tái)架起固定支撐作用是整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)，固定座通過(guò)壓緊螺栓固定著盾尾刷，在液壓油缸的活塞桿端頭安裝壓板，通過(guò)油缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓緊盾尾刷使盾尾刷能夠不斷的折復(fù)運(yùn)動(dòng)，來(lái)模擬盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的工況，進(jìn)而來(lái)測(cè)試盾尾刷的彈性性能。

圖2　 盾尾刷彈性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

3.3 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

為真實(shí)模擬盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中盾尾刷的工況，要求耐磨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中混凝土塊的線速度較低（0～80mm/min），液壓馬達(dá)能夠提供較低的轉(zhuǎn)速所以整個(gè)系統(tǒng)考慮采用液壓驅(qū)動(dòng)，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)液壓泵為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力，主路上的溢流閥能夠限制整個(gè)系統(tǒng)的壓力防止系統(tǒng)過(guò)載，電磁比例閥能夠調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的通斷和轉(zhuǎn)速，電磁比例換向閥能夠?qū)崿F(xiàn)油缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和油缸的運(yùn)行頻率。

彈性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需要反復(fù)不斷的壓緊-松開(kāi)盾尾刷，考慮到耐磨測(cè)試平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)為液壓驅(qū)動(dòng)，彈性實(shí)驗(yàn)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)考慮用油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣兩套系統(tǒng)可共用一個(gè)液壓泵，節(jié)省了費(fèi)用。液壓油缸的行程為300mm，大于最大盾尾刷的壓縮量220mm，在液壓上配備行程傳感器通過(guò)設(shè)定不同值來(lái)調(diào)節(jié)壓緊量，系統(tǒng)上安裝比例換向閥，能夠?qū)崿F(xiàn)油缸交替伸縮和調(diào)節(jié)油缸的速度。

4 測(cè)試效果

設(shè)備組裝完成后，經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)設(shè)備能夠正常平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，彈性測(cè)試平臺(tái)能夠調(diào)節(jié)測(cè)試頻率范圍為1～5Hz，耐磨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠平穩(wěn)的調(diào)節(jié)混凝土塊的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的線速度能夠在20～200mm/min之間連續(xù)平穩(wěn)調(diào)節(jié)，盾尾刷與混凝土塊的間隙能夠順利調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能夠完成規(guī)定的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

5 結(jié) 論

通過(guò)研制液壓試驗(yàn)平臺(tái)能夠填補(bǔ)業(yè)內(nèi)空白，為盾尾刷檢驗(yàn)檢測(cè)提供平臺(tái)，為盾尾刷測(cè)試檢驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)的建立邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步，然而平臺(tái)的建立只是為盾尾刷測(cè)試提供了機(jī)械設(shè)備。實(shí)際工況下盾尾刷的彎曲角度與頻率、不同地層中對(duì)盾尾刷的耐磨要求和彈性要求到底有多高、如何建立盾尾刷檢測(cè)和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，需要在實(shí)際測(cè)試中不斷的探討與摸索。

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（編輯 張海霞）

［中圖分類號(hào)］TU621

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1001-1366（2015）02-0070-03

［收稿日期］2014-10-29

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