專利名稱：地鐵隧道盾構(gòu)教練機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)教學(xué)系統(tǒng)，特別是一種用于地鐵盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù) 教學(xué)演示用的地鐵隧道盾構(gòu)教練機(jī)。
背景技術(shù)：
盾構(gòu)法施工是城市地下軌道交通——地鐵常用的施工方法，已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外 各大城市的地鐵施工中。土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是地鐵盾構(gòu)施工的主要設(shè)備，其工作原理是 利用盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)中的電動(dòng)機(jī)(或液壓馬達(dá))驅(qū)動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)，切削地下開(kāi)挖面土體，同時(shí)開(kāi)啟 盾構(gòu)機(jī)頂進(jìn)油缸，將盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)，使刀盤切削下來(lái)的土體充滿開(kāi)挖面和盾構(gòu)機(jī)前部隔 板間的土艙，隨著頂進(jìn)油缸的向前推進(jìn)，刀盤持續(xù)旋轉(zhuǎn)，被切削下來(lái)的碴土充滿泥土倉(cāng)，開(kāi) 動(dòng)螺旋輸送機(jī)將切削下來(lái)的渣土排送到皮帶輸送機(jī)上，由皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸至渣土車的土箱 中，再通過(guò)豎井運(yùn)至地面。當(dāng)泥土倉(cāng)和螺旋輸送機(jī)中的碴土積累到一定數(shù)量時(shí)，開(kāi)挖面被切 下的渣土進(jìn)入泥土倉(cāng)的阻力增大，當(dāng)泥土倉(cāng)的土壓與開(kāi)挖面的土壓力和地下水的水壓力相 平衡時(shí)，開(kāi)挖面保持穩(wěn)定，開(kāi)挖面對(duì)應(yīng)的地面部分不坍塌或隆起；保持從螺旋輸送機(jī)和泥土 倉(cāng)中輸送出去的渣土量與切削下來(lái)的進(jìn)入泥土倉(cāng)中的渣土量相平衡，保證開(kāi)挖工作順利進(jìn) 行。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)一環(huán)的距離后，拼裝機(jī)操作工人操作拼裝機(jī)拼裝預(yù)制好的單層襯砌管片， 使隧道一次成型。為了培訓(xùn)盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作工人及建筑學(xué)校學(xué)生，將土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)傳授 給他們，單純依靠教材上的文字、圖片及照片無(wú)法形象化地表達(dá)，因此亟待實(shí)用新型一種能 夠比較形象地演示土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)的地鐵隧道盾構(gòu)教練機(jī)，以提高培訓(xùn)及教學(xué)的 效率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種地鐵隧道盾構(gòu)教練機(jī)，能夠直觀地將土壓平衡盾構(gòu) 機(jī)施工技術(shù)演示、傳授給盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作工人及建筑學(xué)校學(xué)生，以達(dá)到教學(xué)、培訓(xùn)目的。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種地鐵隧道盾構(gòu)教練機(jī)，其特征 在于在模擬盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)地下層依次布置模擬真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)出洞洞門、盾構(gòu)機(jī)發(fā) 射架和地鐵車站平臺(tái)，盾構(gòu)機(jī)發(fā)射架上依次設(shè)有盾構(gòu)模型機(jī)切口環(huán)、支撐環(huán)、盾尾、管片，地 鐵車站平臺(tái)上設(shè)有反力架、后續(xù)臺(tái)車和運(yùn)輸小車。盾構(gòu)模型機(jī)切口環(huán)前端設(shè)刀盤，切口環(huán)內(nèi) 前部設(shè)有與刀盤連接的刀盤驅(qū)動(dòng)裝置，刀盤后方為泥土倉(cāng)，切口環(huán)內(nèi)裝有螺旋輸送機(jī)，切口 環(huán)后部與支撐環(huán)通過(guò)螺栓相連；支撐環(huán)內(nèi)設(shè)有管片拼裝機(jī)，支撐環(huán)與管片之間安裝頂推油 缸，支撐環(huán)后部與盾尾通過(guò)螺栓相連；盾尾內(nèi)后部裝有盾尾鋼絲刷；管片用支撐桿與反力 架連接；雙梁一端與支撐環(huán)后部連接，另一端與后續(xù)臺(tái)車相連；后續(xù)臺(tái)車上安裝皮帶輸送 機(jī)；后續(xù)臺(tái)車頂部安裝單梁，兩側(cè)布置液壓泵站和地下PLC電氣控制柜。在模擬盾構(gòu)施工現(xiàn) 場(chǎng)地下層后續(xù)臺(tái)車內(nèi)布置地下PLC電氣控制柜，在模擬盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)地面層布置PLC操作 控制臺(tái)，地面PLC操作控制臺(tái)與地下PLC電氣控制柜之間通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊模塊連接。[0006]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是能夠直觀地將土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)演示、傳授給盾構(gòu) 機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作工人及建筑學(xué)校學(xué)生，以達(dá)到教學(xué)、培訓(xùn)目的，并且通過(guò)上述該土壓平衡盾構(gòu)模 擬機(jī)實(shí)體模型和模擬機(jī)控制及虛擬系統(tǒng)相配合，可以比較形象地演示土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工 技術(shù)，提高培訓(xùn)及教學(xué)的效率。

圖1為本實(shí)用新型專利的地鐵隧道盾構(gòu)教練機(jī)布置示意圖。圖2為本實(shí)用新型專利的地鐵隧道盾構(gòu)教練機(jī)控制及虛擬系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了培訓(xùn)盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作工人及建筑學(xué)校學(xué)生，設(shè)計(jì)一套地鐵隧道盾構(gòu)教練機(jī) 即按大致1 :3比例縮小制作了一臺(tái)土壓平衡式盾構(gòu)模型機(jī)，盾構(gòu)模型機(jī)與真實(shí)的土壓平衡 式盾構(gòu)機(jī)一樣由主機(jī)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、控制系統(tǒng)構(gòu)成；教學(xué)系統(tǒng)還增設(shè)了采用計(jì)算機(jī)三維仿 真技術(shù)的模擬系統(tǒng)，能夠模擬真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)施工。主機(jī)系統(tǒng)的刀盤、螺旋輸送機(jī)、 皮帶輸送機(jī)、頂進(jìn)油缸以及輔機(jī)系統(tǒng)中的管片拼裝機(jī)、后續(xù)臺(tái)車、運(yùn)輸小車、單梁、雙梁均由 盾構(gòu)模型機(jī)實(shí)體模型展示，能夠?qū)崿F(xiàn)與真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)一樣的刀盤正反轉(zhuǎn)動(dòng)切削、 螺旋輸送機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)出土、頂推油缸伸出帶動(dòng)模型機(jī)前進(jìn)、管片拼裝機(jī)回轉(zhuǎn)、平移、提升管 片等功能。為了教學(xué)需要，盾構(gòu)模型機(jī)還具有與真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)不同的特點(diǎn)1)盾構(gòu)模型機(jī)切口環(huán)與支撐環(huán)頂部與側(cè)面局部開(kāi)有窗口，能夠讓參觀者、操作者 可以看到殼體內(nèi)的機(jī)構(gòu)；2)盾構(gòu)模型機(jī)內(nèi)的頂推油缸的能夠回縮，帶動(dòng)盾構(gòu)模型機(jī)后退，實(shí)現(xiàn)模型機(jī)復(fù) 位；3)盾構(gòu)模型機(jī)內(nèi)裝有LED燈帶，用LED光帶的光點(diǎn)移動(dòng)演示真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu) 機(jī)的注漿、注水功能；4)設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)化改進(jìn)的管片拼裝機(jī)，實(shí)現(xiàn)了與真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)中的管片拼裝 機(jī)同樣具有的回轉(zhuǎn)、平移、提升管片等功能；5)盾構(gòu)模型機(jī)內(nèi)安裝了具有軸線測(cè)量支架、激光靶標(biāo)；6)采用與真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)不同的電氣控制方式，對(duì)盾構(gòu)模型機(jī)、管片拼裝 機(jī)、運(yùn)輸小車由PLC進(jìn)行統(tǒng)一的電氣控制；7)對(duì)盾構(gòu)模型機(jī)、管片拼裝機(jī)、運(yùn)輸小車的動(dòng)作行程實(shí)行邊界限位控制；8)真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)主機(jī)系統(tǒng)中的超挖刀、出土閘門、同步注漿、添加劑注 入、油脂注入等不能實(shí)現(xiàn)的真實(shí)機(jī)部件、動(dòng)作，由模擬系統(tǒng)以三維仿真圖像和動(dòng)畫(huà)來(lái)表現(xiàn)。教學(xué)系統(tǒng)增設(shè)的，采用計(jì)算機(jī)三維仿真技術(shù)的模擬系統(tǒng)具有1)以三維圖象同步顯示盾構(gòu)模型機(jī)的動(dòng)作；2)以三維圖象顯示真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)應(yīng)有的超挖刀、出土閘門、同步注漿、添 加劑(水)注入、油脂注入等盾構(gòu)模型機(jī)實(shí)體不能表現(xiàn)的動(dòng)作；3)模擬施工對(duì)象和施工環(huán)境，使盾構(gòu)模型機(jī)的操作可以得到真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu) 機(jī)在真實(shí)環(huán)境里施工的施工數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息；[0023]4)模擬真實(shí)施工中可能發(fā)生的故障、過(guò)載、缺料、偏差等異常情況，供操作者練 習(xí)；5)記錄、存儲(chǔ)盾構(gòu)模型機(jī)操作情況；6)可以回放操作記錄，回看操作情況；7)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程演示、遠(yuǎn)程控制；8)具有教學(xué)管理功能。如圖所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，在模擬盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)地面層布置PLC 操作控制臺(tái)(內(nèi)部設(shè)置組態(tài)顯示屏、2臺(tái)觸摸屏、操作面板、虛擬系統(tǒng))。地面PLC操作控制臺(tái) 與地下PLC電氣控制柜之間通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊聯(lián)絡(luò)。在模擬盾構(gòu)施工現(xiàn) 場(chǎng)地下層依次布置模擬真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)出洞洞門1、盾構(gòu)機(jī)發(fā)射架2和地鐵車站平 臺(tái)3，盾構(gòu)機(jī)發(fā)射架上依次設(shè)有盾構(gòu)模型機(jī)的切口環(huán)4、支撐環(huán)5、盾尾6、管片7，地鐵車站平 臺(tái)上設(shè)有反力架8、后續(xù)臺(tái)車9和運(yùn)輸小車10。盾構(gòu)模型機(jī)切口環(huán)前端設(shè)刀盤11，切口環(huán)內(nèi) 前部設(shè)有與刀盤連接的刀盤驅(qū)動(dòng)裝置12，刀盤后方為泥土倉(cāng)13，切口環(huán)4內(nèi)裝有螺旋輸送 機(jī)14，切口環(huán)4后部與支撐環(huán)5通過(guò)螺栓相連；支撐環(huán)5內(nèi)后部裝有經(jīng)簡(jiǎn)化改進(jìn)的管片拼 裝機(jī)15，支撐環(huán)5與管片7之間安裝頂推油缸，支撐環(huán)5后部與盾尾6通過(guò)螺栓相連；盾尾 6內(nèi)后部裝有盾尾鋼絲刷17 ；管片7用支撐桿18與反力架8連接；雙梁19 一端與支撐環(huán)5 后部連接，另一端與后續(xù)臺(tái)車9相連；后續(xù)臺(tái)車9上方安裝皮帶輸送機(jī)20 ；后續(xù)臺(tái)車9頂部 安裝單梁21，兩側(cè)布置液壓泵站22和地下PLC電氣控制柜23。在模擬盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)地面層布置PLC操作控制臺(tái)24，內(nèi)部設(shè)置組態(tài)顯示屏、觸摸 屏、操作面板、一套采用三維仿真技術(shù)的模擬系統(tǒng)。地面PLC操作控制臺(tái)與地下PLC電氣控制柜之間通過(guò)Controller Link實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 通訊聯(lián)絡(luò)。通過(guò)在模擬盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)地面PLC操作控制臺(tái)，分別控制1)刀盤驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)刀盤正反轉(zhuǎn)動(dòng)和變速；2)螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)超低速電動(dòng)機(jī)和變頻器，實(shí)現(xiàn)螺旋機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)和無(wú)級(jí)變速；3)頂推油缸伸縮，帶動(dòng)盾構(gòu)機(jī)模型及臺(tái)車前進(jìn)及復(fù)位；4)拼裝機(jī)超低速電動(dòng)機(jī)，通過(guò)小齒輪與拼裝機(jī)回轉(zhuǎn)架上的大齒圈嚙合傳動(dòng)，帶動(dòng) 拼裝機(jī)旋轉(zhuǎn)；5)拼裝機(jī)左右各一只提升油缸，實(shí)現(xiàn)拼裝機(jī)提升管片；6)拼裝機(jī)1只縱向位移油缸，實(shí)現(xiàn)拼裝機(jī)平移；7)運(yùn)輸小車上的電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸小車在軌道上行走。通過(guò)在模擬盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)地面PLC操作控制臺(tái)中的三維仿真技術(shù)的模擬系統(tǒng)，還 可實(shí)現(xiàn)1)以三維圖象同步顯示盾構(gòu)模型機(jī)的動(dòng)作；2)以三維圖象顯示真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)應(yīng)有但盾構(gòu)模型機(jī)不能表現(xiàn)的動(dòng)作3)模擬施工對(duì)象和施工環(huán)境，使盾構(gòu)模型機(jī)的操作可以得到真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu) 機(jī)在真實(shí)環(huán)境里施工的施工數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息；4)模擬真實(shí)施工中可能發(fā)生的故障、過(guò)載、缺料、偏差等異常情況，供操作者練 習(xí)；
5[0044]5)記錄、存儲(chǔ)盾構(gòu)模型機(jī)操作情況；6)可以回放操作記錄，回看操作情況；7)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程演示、遠(yuǎn)程控制；8)具有教學(xué)管理功能。
權(quán)利要求1.一種地鐵隧道盾構(gòu)教練機(jī)，其特征在于在模擬盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)地下層依次布置模擬 真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)出洞洞門、盾構(gòu)機(jī)發(fā)射架和地鐵車站平臺(tái)，盾構(gòu)機(jī)發(fā)射架上依次設(shè) 有盾構(gòu)模型機(jī)切口環(huán)、支撐環(huán)、盾尾、管片，地鐵車站平臺(tái)上設(shè)有反力架、后續(xù)臺(tái)車和運(yùn)輸小 車。
2.按權(quán)利要求1所述的地鐵隧道盾構(gòu)教練機(jī)，其特征在于盾構(gòu)模型機(jī)切口環(huán)前端設(shè) 刀盤，切口環(huán)內(nèi)前部設(shè)有與刀盤連接的刀盤驅(qū)動(dòng)裝置，刀盤后方為泥土倉(cāng)，切口環(huán)內(nèi)裝有螺 旋輸送機(jī)，切口環(huán)后部與支撐環(huán)通過(guò)螺栓相連；支撐環(huán)內(nèi)設(shè)有管片拼裝機(jī)，支撐環(huán)與管片之 間安裝頂推油缸，支撐環(huán)后部與盾尾通過(guò)螺栓相連；盾尾內(nèi)后部裝有盾尾鋼絲刷；管片用 支撐桿與反力架連接；雙梁一端與支撐環(huán)后部連接，另一端與后續(xù)臺(tái)車相連；后續(xù)臺(tái)車上 安裝皮帶輸送機(jī)；后續(xù)臺(tái)車頂部安裝單梁，兩側(cè)布置液壓泵站和地下PLC電氣控制柜。
3.按權(quán)利要求1所述的地鐵隧道盾構(gòu)教練機(jī)，其特征在于在模擬盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)地下 層后續(xù)臺(tái)車內(nèi)布置地下PLC電氣控制柜，在模擬盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)地面層布置PLC操作控制臺(tái)， 地面PLC操作控制臺(tái)與地下PLC電氣控制柜之間通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊模塊連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種地鐵隧道盾構(gòu)教練機(jī)，其特征在于在模擬盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)地下層依次布置模擬真實(shí)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)出洞洞門、盾構(gòu)機(jī)發(fā)射架和地鐵車站平臺(tái)，盾構(gòu)機(jī)發(fā)射架上依次設(shè)有盾構(gòu)模型機(jī)切口環(huán)、支撐環(huán)、盾尾、管片，地鐵車站平臺(tái)上設(shè)有反力架、后續(xù)臺(tái)車和運(yùn)輸小車。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是能夠直觀地將土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)演示、傳授給盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作工人及建筑學(xué)校學(xué)生，以達(dá)到教學(xué)、培訓(xùn)目的，并且通過(guò)上述該土壓平衡盾構(gòu)模擬機(jī)實(shí)體模型和模擬機(jī)控制及虛擬系統(tǒng)相配合，可以比較形象地演示土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)，提高培訓(xùn)及教學(xué)的效率。
文檔編號(hào)G09B9/00GK201903985SQ20102061431
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者周興大, 應(yīng)建華, 王云飛, 程遠(yuǎn)程, 許勇, 陳建民, 陳楓 申請(qǐng)人:上海市機(jī)械施工有限公司